标准串行背板主导新设计
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更新于2009-05-27 15:35:30

如果当前的设计让你挑战公认的带宽极限,那么采用高速串行接口是正确的途径。高速串行接口的总带宽要胜过并行接口,其它的好处还包括较少的引脚数量和支持热交换等。在高速串行接口标准中,PCI Express(PCIe)是当仁不让的领头羊,其次是以太网、串行RapidIO和InfiniBand。

HyperTransport仍然是一种芯片到芯片的链接技术,虽然主板标准是为它定义的。PCI Express则代替了AGP。

PCI正在PC主板上的地位正在迅速消弱,就象PCI将ISA挤出人们的视线一样。当然,PCI和PCIe之间的兼容性使得PCIe更容易得到支持。

外部PCI Express(ePCIE)正在从盒到盒(box-to-box)的链路到外设的大量应用中得到广泛使用。

在存储领域,eSATA是USB和IEEE 1394的一种替代接口,但只有USB在低端背板产品中一些应用。

新设计全部采用串行连接

在已经部署的设备中,并行总线标准仍是中流砥柱,但具有相同尺寸的串行总线也大量存在。不同的串行总线接口之间只有连接器是不同的,这是一个显著的优势,因为经常可能将各种主板和合适的背板混合在一起。这在PC领域是很常见的做法,其主板上通常会集成有PCIe、PCI甚至ISA插槽。这些接口对于传统主板非常丰富的嵌入式环境中使用的主板来说是很常见的。

每种高速串行接口各有用武之地。有趣的是,从背板角度看,对PCIe、以太网、串行RapidIO和InfiniBand的布线和连接器要求基本一致,因为它们都是用串化/解串器(SERDES)来实现。SERDES可以在FPGA中见到,这也是许多串行背板标准支持众多串行接口,以及单个FPGA板能支持这些标准中任何一种的原因。

主板与连接器的尺寸较为统一,这与基于背板接口的产品划分形成了鲜明对比。从兼容性角度看,PCIe所具有的根树型结构非常有用,但也意味着更多网络型连接需要像以太网、串行RapidIO和InfiniBand之类的接口。PCIe能够支持多点连接,虽然架构、开销和传统支持似乎阻碍它转向矩阵型背板。

在从6U向3U尺寸转变的过程中,转换到串行接口也发生了很大变化。当然,具有更高集成度和性能的芯片也扮演着重要的角色。但为了充分利用这些先进技术的优势,更小的主板要求板外吞吐量比以往更高。

开发人员在不断创新,但新的高速串行接口完全能应付挑战。RapidIO贸易协会执行总监Tom Cox指出,协会成员对RapidIO规范1.3的性能非常满意,虽然2.0已经得到批准,3.0也初露端倪。

性能仍然是一个问题,就像x16 PCIe视频接口显示的那样。但是,嵌入式应用中的要求范围经常使得即使x1 PCIe也有很强功能。这显示了串行接口的另一个关键优势——可扩展性,即允许设计工程师从x1、x2到x4不断升级,不需要采用更高的链路传输速率。

接口和主板尺寸的组合带来了很多的选择,虽然在实际应用中,只有少数几个领域是直接竞争的。例如,3U和6U CompactPCI/Compact-PCI Express尺寸符合VME/VPX/VXS标准,但并行接口版本的确定性通常限制了串行版本的选择。

堆叠标准

最近在美国圣何塞举行的2008年嵌入式系统会议上PC/104嵌入式联盟和SFF(Small Form Factor)-SIG组织发表了两个重要声明。这两家机构都希望将PCI Express引入PC/104创建的堆叠式小尺寸领域(见表)。他们都使用象Samtec公司的SUMIT(可堆叠统一模块互连技术)这样的高度为0.6英寸并且符合PC/104标准的高性能连接器。


PC/104主板类型

PC/104嵌入式联盟定义了两个标准:PCIe/104和PCI/104-Express。就象PC/104和PC/104-Plus一样,这两个新的标准指定了一种单和双连接器实现。PCI/104-Express继续采用PC/104-Plus PCI连接器,并用PCI Express连接代替ISA连接器。因此新的主板可以与只有PCI连接器的新的和现有的PCI-104、PCI/104主板组合在一起。

PCI/104-Express堆叠系统(图1)很象原本为EPIC Express(该标准的前身)定义的系统。这样允许点到点PCI Express连接被路由到堆叠架构中的主板上。

PCI/104-Express堆叠结构可以往上也可以往下建,取决于系统中采用的主板组合
PCI/104-Express堆叠结构可以往上也可以往下建,取决于系统中采用的主板组合

PCI-104和PC/104主板没有这个问题,因为它们使用一条总线。在采用PCI Express时,每块主板使用第一个PCI Express连接,同时转移连接,因此堆叠架构中的下一块主板将下一个未用的连接看成是它的第一个连接。

这种转移只在一开始就有足够连接的情况下才起作用。连接数量取决于使用的连接器类型。一个全功能系统支持一条x16链路,或一对x4链路和4条x1链路。该方法实质上是将PC功能放进了PC/104外壳中。这与原来有PC/104标准、后来出现PC/104-Plus如出一辙。

SFF-SIG组织的Express104采用了一种类似的堆叠技术,但连接不限于PCIe。它使用SUMIT标准连接器,虽然SUMIT是一种连接器标准,而Express104是一个使用SUMIT的标准实例。在不远的将来SFF-SIG组织有望推出基于SUMIT的更多标准。

USB、SPI、SMB和LPC还必须与PCIe一起考虑。它们主要用于较低端的可能包含也可能不包含PCIe设备的外设。事实上这使得PCIe成为PC/104的更好替代品。另外,PCIe/USB的组合可以支持ExpressCard设备。这些标准还允许处理器主板实现接口的子集,这是因为许多微控制器没有PCIe接口,但它们支持USB、SPI、SMB或LPC。

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