互連組件使用示例

“互連組件”的概念與組件之間的總線和數(shù)據(jù)傳輸概念一樣古老?；ミB組件支持在沒有兼容接口的各種處理元件之間進行數(shù)據(jù)傳輸。它們還用于擴展沒有所需扇出或足夠帶寬的系統(tǒng)總線，以滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。根據(jù)應(yīng)用，使用不同類型的互連組件，具有不同的規(guī)格。一些流行的互連組件是雙端口緩沖器，SERDES和PCI橋接芯片。以下是有效使用這些互連組件的幾個示例：

將一個處理元件連接到另一個處理元件，例如，使用雙端口緩沖器將DSP連接到RISC處理器。

將處理器連接到背板，例如，使用SERDES芯片將處理器上的并行接口連接到串行背板。

將處理器連接到總線，例如，使用PCI橋接芯片將主機處理器連接到PCI總線。

擴展總線，例如，使用PCI橋擴展PCI總線。

本文探討了應(yīng)用，要求和參數(shù)芯片到芯片互連，例如雙端口緩沖器，用于將一個處理器連接到另一個處理器。由于簡單的存儲器接口，缺乏復(fù)雜的協(xié)議和各種選項，雙端口緩沖器是最流行的芯片到芯片互連之一。此外，憑借廣泛的組件組合，雙端口緩沖器可有效支持各種要求，從電信號和數(shù)據(jù)傳輸帶寬等基本物理層到多個虛擬通道等更復(fù)雜的需求。

以下部分深入探討了互連標準演進過程，雙端口作為默認互連，以及雙端口如何滿足各種應(yīng)用的通用和特定需求。

圖1：互連組件示例。

標準：相關(guān)性，風(fēng)險和更安全的方法

標準在定義接口方面發(fā)揮著重要作用。與專有接口相比，使用基于標準的接口有許多優(yōu)點。使用標準接口可以提供多個組件這一事實提供了諸如易于設(shè)計，低成本和組件可用性等優(yōu)點。使用標準接口的設(shè)計也提供了簡便的可擴展性和設(shè)計可升級性。特定于應(yīng)用程序的標準還提高了性能，因為它們針對給定的應(yīng)用程序進但是，標準演進需要時間和精力。如下面IEEE標準的示例時間表所示（圖2），標準的形成可能需要兩年才能獲得批準，可能還需要一年才能獲得廣泛的組件。

多方都是經(jīng)過多年的努力，在批準和廣泛適應(yīng)之前，對即將推出的標準接口進行調(diào)整風(fēng)險很大。

圖2：IEEE標準流程圖的時間線。

更安全和實用的替代方法是使用默認標準。對于給定的應(yīng)用，默認標準不一定由行業(yè)機構(gòu)開發(fā)。但是，默認標準是在許多具有明確定義規(guī)范的設(shè)備中使用的標準。使用默認標準可以獲得準確的性能，并且業(yè)務(wù)風(fēng)險有限。

SRAM接口：默認標準

具有雙向數(shù)據(jù)總線，單向地址總線和相關(guān)控制信號的SRAM接口是最常見的接口之一在各種微處理器，數(shù)字信號處理器和其他處理元件上。標準SRAM接口也是最簡單的總線，可以在CPLD和FPGA等可編程邏輯器件中實現(xiàn)。

今天的SRAM接口提供了選擇總線寬度和高速I/O的靈活性，例如HSTL和LVTTL。它可以提供從幾Kbps到36 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，具有72位總線寬度和250 MHz訪問頻率。這涵蓋了芯片到芯片通信的各種應(yīng)用的性能需求。

標準SRAM接口在大多數(shù)處理器平臺（如RISC和CISC CPU，DSP和ASSP）中也非常常見。以下（圖3）是具有SRAM接口的CPU的示例。這里要注意的一個關(guān)鍵點是這些處理器之間的接口速度和總線寬度的變化。

圖3：幾個具有存儲器接口的流行DSP和處理器。

雙端口緩沖器作為互連組件

鑒于存儲器接口的存在非常普遍并且提供了諸如帶寬之類的所需性能，因此存儲器接口可以用作互連功能的“默認”接口。然而，存儲器接口對于數(shù)據(jù)是雙向的并且是用于控制的單向的。對于對等數(shù)據(jù)傳輸，絕對需要雙向控制。雙端口緩沖器使兩個處理器都能像“主設(shè)備”一樣工作，并有效地創(chuàng)建雙向控制。

此外，雙端口緩沖區(qū)提供了完全的靈活性，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)性能目標，而不會增加多層協(xié)議的復(fù)雜性和與之相關(guān)的處理延遲。因此，雙端口緩沖區(qū)通常用作互連組件。

為滿足不同的系統(tǒng)要求，雙端口緩沖區(qū)具有多種功能和參數(shù)。下一節(jié)將介紹雙端口緩沖區(qū)如何解決各種系統(tǒng)的通用和特定于應(yīng)用程序的需求。

實際問題

對于芯片到芯片的數(shù)據(jù)傳輸，互連組件（如雙端口緩沖器）有效地彌合了不同的差距系統(tǒng)組件，解決了幾個關(guān)鍵的互連問題：

時鐘頻率：兩個處理元件之間的時鐘頻率差異給將數(shù)據(jù)從一個處理元件傳輸?shù)搅硪粋€處理元件帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。例如，在視頻基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中，圖像處理元件可以以一個時鐘速率操作，而MPEG編碼器在另一個時鐘速率下操作。

在這種情況下，真正的雙端口存儲器可以使用自己的時鐘連接這兩個處理元件。由于設(shè)備的兩個端口完全相互獨立，因此這些時鐘可以以不同的速率運行。

傳輸速率：兩個處理元件之間的傳輸不匹配率非常高在多處理環(huán)境中很常見。在雙端口互連中具有內(nèi)置緩沖存儲器有效地解決了這個問題。

圖4：雙端口解決方案符合物理層互連要求。

總線不匹配：總線寬度和電氣接口的不匹配可能是約束或理想情況。例如，在設(shè)計升級中，經(jīng)過驗證的具有100 MHz LVTTL I/O的ASSP需要連接到FPGA。 ASSP可以以恒定速率抽出數(shù)據(jù)，但FPGA設(shè)計要求它以突發(fā)方式并以更高的傳輸速率輸入數(shù)據(jù)。這意味著如果FPGA可以使用其200 MHz HSTL I/O，則可以使設(shè)計升級更加簡單。

即使FPGA能夠以恒定速率輸入數(shù)據(jù)，使用只有一半總線寬度的200 MHz HSTL I/O可以顯著增強電路板的PCB布線。更靈活的雙端口在任一端口上提供各種不同的電接口，以最有效的方式解決這種情況。

通用控制和數(shù)據(jù)接口：控制平面和數(shù)據(jù)平面的通用物理接口是復(fù)雜多處理環(huán)境中的最佳要求。例如，在多個DSP在它們之間傳輸碼片速率和符號率數(shù)據(jù)的無線基站中，它們還需要將控制信息（例如天線數(shù)，信號強度和過載情況）傳送到另一個DSP。理想情況下，這需要通過用于數(shù)據(jù)平面的相同高速接口來實現(xiàn)，以保持電路板設(shè)計的復(fù)雜性。只有當接口能夠支持多個虛擬通道時，才能執(zhí)行此操作。

雙端口緩沖區(qū)支持此要求，無需任何協(xié)議開銷即可實現(xiàn)性能。通過使用郵箱，雙端口緩沖區(qū)甚至可以向接收處理器發(fā)送中斷信號，以進行高優(yōu)先級控制平面通信。

虛擬通道：用于傳輸多個，獨立的虛擬通道處理器之間的數(shù)據(jù)流可以從處理器中獲取大量協(xié)議開銷。

雙端口緩沖區(qū)通過提供機制來靈活管理多個虛擬流，以便處理器可以處理這些虛擬流，如如果它們位于特定的存儲位置。

互連的應(yīng)用要求

除了雙端口緩沖區(qū)解決的通用系統(tǒng)設(shè)計問題之外，如上所述，不同的應(yīng)用程序要求定義了該特定應(yīng)用程序的雙端口緩沖區(qū)的參數(shù)。

例如，無線基礎(chǔ)設(shè)施受性能的高度推動。 3G基站中的芯片到芯片數(shù)據(jù)傳輸可以達到多個Gbps。這要求互連組件不僅支持高數(shù)據(jù)傳輸速率，而且還提供足夠的緩沖深度和架構(gòu)靈活性，以支持高速數(shù)據(jù)傳輸。

同樣，對于高端存儲系統(tǒng)，支持多個虛擬通道的能力對于支持不同數(shù)據(jù)流的信用緩沖區(qū)非常有用?；ミB組件中的這種能力可以為系統(tǒng)設(shè)計增加更多價值。

新一代手機使用獨立的基帶處理器和應(yīng)用處理器。連接手機中這兩個處理器的雙端口緩沖器需要非常小并且功耗很低。

最后，考慮視頻基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境通常同時處理多個視頻源。通過互連組件的多個虛擬通道極大地簡化了設(shè)計。

圖5：雙端口符合特定應(yīng)用的互連要求。

處理器間互連要求通常隨應(yīng)用程序而變化。對于芯片到芯片的互連要求 - 在應(yīng)用架構(gòu)和優(yōu)化的接口標準成熟之前 - 使用“默認”接口（例如存儲器接口）可提供最佳性能而無需額外風(fēng)險。