PCI Express串行解決方案在Virtex-5 LXT平臺中的應(yīng)用

最終用戶需要更多具備多媒體功能的終端；從iPod視頻或YouTube這樣的博客站點就能看出這一趨勢。當用戶接收這類數(shù)據(jù)時，對于有效存儲和更高的互聯(lián)速度的要求變得十分關(guān)鍵。

Gbps是今天應(yīng)用對帶寬的要求，并且注意力也從處理速度轉(zhuǎn)移到了高速互聯(lián)上。多種的串行標準已經(jīng)出臺。支配這些標準的主要市場需求是：

·可升級的性能

·可擴展的功能集，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品型號（芯片到芯片、底板、電纜）

·適用于不同細分市場和應(yīng)用的互聯(lián)

·在主流的應(yīng)用中實現(xiàn)低成本的串行解決方案

PCI Express（PCIe） 是一種主流的串行標準，它是2002年問世的第三代 I/O 互聯(lián)技術(shù)，為從 PCI 到 PCIX（參見表1）提供了一條升級路徑。PCIe 已成為PC 產(chǎn)業(yè)的標準互聯(lián)技術(shù)，并且在其它應(yīng)用中也有巨大的發(fā)展動力（圖1）。它具有可升級能力、可擴展的功能集、很強的市場適應(yīng)能力和低成本特性。

·PCIe的核心優(yōu)勢包括：

·高速串行標準能以每條通道2.5Gbps的線速進行雙向通信

·基于分層數(shù)據(jù)包的架構(gòu)，為模塊化設(shè)計創(chuàng)造了條件

·通過更簡單的升級就能實現(xiàn)帶寬增強（高達80GB）——1、2、4、8、16和32條通道

·先進功能，比如可靠性、電源管理和熱插拔

·借助虛擬通道、業(yè)務(wù)等級和服務(wù)質(zhì)量（QoS）等特性支持下一代三維/多媒體業(yè)務(wù)

·全新外形和革新的設(shè)計方便使用，為設(shè)計滿足不同細分市場需求的產(chǎn)品創(chuàng)造了條件

·軟件投資保護，支持現(xiàn)有的PCI架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施

PCI規(guī)格總線寬度傳輸率通道寬度連接速率最大數(shù)據(jù)帶寬

注：PCI Express 2.0規(guī)范“尚在開發(fā)之中”。

表1：PCI/PCI-X/PCIe 規(guī)格和帶寬

圖1：PCI Express 的發(fā)展態(tài)勢

圖2：Virtex-5 LXT FPGA中的 PCIe 端點模塊

用戶的歡迎、設(shè)計訂單和用戶的積極反饋，使我們更好地理解 PCI Express 在客戶產(chǎn)品中固有的優(yōu)勢。為了能在今天創(chuàng)建解決明日問題的解決方案，并跟上時代迅速發(fā)展的步伐，Xilinx 公司在其 VirtexTM-5 LXT 器件中融入了硬 PCI Express 端點模塊（圖2）。

Xilinx 的PCIe 端點模塊的顯著優(yōu)勢包括：

完整的功能，完全符合 PCIe 基本規(guī)格 v1.1 版要求

—可配置的 PCIe 端點解決方案

通過PCI plug-fest的兼容性/通用性測試

（www.pcisig.com/developers/compliance_program/integrators_list/pcie）

支持1-、2-、4-或8-通道的實現(xiàn)

符合所有關(guān)鍵要求

—接面信號標準

—協(xié)議（CRC、自動重試）

—QoS

—熱插拔

采用 Xilinx？ RocketIOTM GTP 收發(fā)器模塊

—PCI Express 終端規(guī)格

—100MHz 直接參考時鐘

節(jié)約資源

—內(nèi)嵌于所有 Virtex-5 LXT 器件

—與 GTP 收發(fā)機相鄰

簡易設(shè)計

—縮短設(shè)計周期

—簡化、直接的設(shè)計流程

低成本和低功耗

使用可配置的 block RAM 來進行數(shù)據(jù)包緩沖處理

—接收緩沖器

—發(fā)送緩沖器

—重試緩沖器

簡單的事務(wù)處理層接口，便于集成

提供統(tǒng)計和監(jiān)控數(shù)據(jù)

—信用狀況、最大有效載荷、錯誤信號

兩條虛擬通道用于QoS

—循環(huán)調(diào)度 （round robin）、加權(quán)循環(huán)調(diào)度 （weighted round robin）或嚴格優(yōu)先級調(diào)度

圖3：高性能 Virtex-5 LXT PCIe 解決方案節(jié)省了功耗和板卡空間

使用Virtex-5 LXT PCIe模塊進行設(shè)計

PCI Express 的發(fā)展勢頭很旺，并被PC業(yè)界廣泛接受。工程師在使用基于 Virtex-5 LXT FPGA 的 PCIe 端點進行設(shè)計時，也能夠通過利用以下這些優(yōu)勢，來引導(dǎo) PCI Express 在新市場上的增值能力：

更快的上市時間?，F(xiàn)有的 ASSP 大多不能支持今天的 PCIe；FPGA 可把并行的專有協(xié)議接口和 PCIe 之間搭建一座橋梁。此外，PCI Express 標準的持續(xù)改變，在形成廣泛市場基礎(chǔ)前，阻止了 ASIC/ASSP 的發(fā)展。一個典型的案例是最近于2006年9月召開的英特爾開發(fā)者論壇上由英特爾和IBM共同發(fā)布的 “Geneseo” 架構(gòu)以推動新應(yīng)用的發(fā)展。Xilinx 公司也積極支持擴展 PCIe 構(gòu)架的倡議。

更低的功耗和更小的占位面積。使用 Virtex-5 LXT 解決方案（圖3）能達到更高性能同時縮小產(chǎn)品設(shè)計的體積。PCIe 端點模塊能夠讓設(shè)計人員在選擇更小器件的同時，仍能節(jié)省大量的功耗和成本。

專用協(xié)議和現(xiàn)有標準與 PCIe 之間的橋梁。傳統(tǒng)產(chǎn)品的小型化（針對 PCI Express 而優(yōu)化），需要在現(xiàn)有標準和 PCI Express 之間搭建一座橋梁。新型 Virtex-5 LXT 平臺提供了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換所需的定制和邏輯資源，還提供了通往其它串行標準的橋梁。

？可升級的解決方案。PCI Express 協(xié)議已經(jīng)成為主流，但協(xié)議本身和用戶終端還處于迅速發(fā)展階段。使用 Virtex-5 LXT PCIe 端點模塊進行設(shè)計，使你能夠?qū)⑼?Virtex-5 系列產(chǎn)品，從1條通道升級到4條通道，甚至8條通道。這就使你能夠驗證未來的系統(tǒng)和終端。此外，由于 PCIe 本身兼容 PCI和PCIX 構(gòu)架，升級和設(shè)計基于 Virtex-5 LXT FPGA 的解決方案，不僅能夠保護現(xiàn)有的軟件投資，而且能夠延長基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命。

Xilinx PCI 的歷史

Xilinx 公司一直走在 PCI/PCI-X/PCIe 技術(shù)的最前沿。

主要成就包括：

1996：業(yè)界第一款面向 FPGA 的 PCI 核心

1999：業(yè)界第一套64位 66MHz 的 PCI 解決方案

2000：業(yè)界第一套64位、133MHz 的 PCI-X 解決方案

2003：業(yè)界第一套 PCIe 解決方案

2005：業(yè)界第一套 PCIe PIPE 解決方案——Xilinx+NXP半導(dǎo)體

2006：業(yè)界第一套 FPGA Express 卡解決方案——Xilinx+NXP半導(dǎo)體

支持多種外觀形狀。Virtex-5 LXT RocketIO GTP 收發(fā)機與競爭性 FPGA/ASSP 解決方案相比，具有巨大的功耗優(yōu)勢。這使得設(shè)計人員考慮在面向新市場的產(chǎn)品中使用 Virtex-5 FPGA。借助面向不同解決方案的可擴充邏輯密度，設(shè)計人員可以充分發(fā)揮65納米 FPGA 內(nèi)在的優(yōu)勢，以支持不同的外觀形狀。例如，一張獨立顯卡的臺式機解決方案，可把Virtex-5 LXT外形小型化來達到Express卡的要求。相反，設(shè)計人員也可把獨立顯卡的PCle解決方案中的Virtex-5外形改變以支持諸如ATCA、uTCA 和服務(wù)器I/O模塊之類的高性能解決方案。

表2：Virtex-5 LXT PCIe 端點的應(yīng)用

PCI ExpressFabric 拓撲

PCI ExpressFabricTM 拓撲，指這樣一種體系，其中包含了ROOT COMPLEX（RC）、多個終端（I/O器件）、開關(guān)和PCI Express/PCI 橋路，它們通過 PCI Express 進行互聯(lián)。

RC是I/O層次的根部，將CPU/存儲器子系統(tǒng)與I/O相連。RC可以支持一個或多個PCI Express 端口，例如英特爾芯片組。

開關(guān)定義為多個虛擬 PCI 之間的橋路器件的邏輯組，它們使用一種基于地址路由的 PCI 橋路機制來傳遞執(zhí)行信息，例如 IDT PCI Express 開關(guān)。

端點是指能作為 PCI Express 執(zhí)行的請求者或完成者的那一類器件，可以是 PCI Express自身，也可以是一個非 PCI Express 器件，例如連接在 PCI Express 上的圖形控制器。

圖4：PCI Express 總線拓撲

圖5：通信系統(tǒng)中的PCIe

圖6：高端桌面/服務(wù)器系統(tǒng)中的PCIe

帶有內(nèi)置PCIe 端點模塊的 Virtex-5 LXT FPGA，能夠被用于任何一種外形的產(chǎn)品設(shè)計，如表2所示。

圖5和圖6顯示了采用 Virtex-5 LXT PCIe 端點模塊集中多源業(yè)務(wù)以及實現(xiàn)其他協(xié)議和 PCI Express 協(xié)議互通的各種應(yīng)用的框圖。

結(jié)論

內(nèi)置 PCIe 端點模塊和 RocketIO GTP 收發(fā)機的 Virtex-5 LXT 平臺，是一種功能全備并且完全符合 PCI Express 總線協(xié)議的 PCIe 解決方案，具有極大的價值。現(xiàn)在，產(chǎn)品制造商不再需要購買知識產(chǎn)權(quán)許可證，同時可以得到更低的功耗和很少使用的邏輯資源。通過使用功耗只有軟IP替代品50%的更小的 FPGA 器件，能夠大幅度地降低成本。內(nèi)置的硬模塊可縮短設(shè)計時間，保障產(chǎn)品功能和易用性。

Virtex-5 LXT平臺在一塊高速、低功耗的65納米 FPGA 上提供了獨特的內(nèi)置 PCIe 能力，開創(chuàng)了高效 PCIe 系統(tǒng)開發(fā)的新時代。

責(zé)任編輯：gt