PCI Express总线通信领域争夺角色

技术分类: 通信  | 2007-01-10
Richard A Quinnell,EDN特约技术编辑

据层面处理需求提供适当的数据流结构的潜能。但是,PCIe 对数据层面的其它结构需求却不太适应,最重要的一点就是冗余的需求。

这些交换结构相互间可以是无阻挡的

  只能有一个

  通信系统(尤其是较高等级通信系统)都需要极高的可靠性。一个节点的完全失效会造成网络运行的停止。节点的失效至少会导致收入损失和一群愤怒的客户。因此,通信系统需要冗余的设计,允许多个 CPU 并行工作。

  PCIe 只允许单点控制。在一台 PC 中,中央处理器负责系统中所有组件的初始化与控制,形成一个单一的系统综合体。多个独立处理器不能访问综合体中的资源。如果某个其它系统组件也是处理器,则第二只处理器必须作为中央处理器的从处理器,并且它无法启动外设的任何事务。同样,PCIe 也不支持多处理器综合体共享访问系统资源。

  由于 PCIe 的这种局限性,负责管理 PCIe 标准的 PCI-SIG(PCI 特殊兴趣小组)正在积极寻求一种解决方案。这种方法叫 IOV(I/O 虚拟化),它可以使多个处理器和处理器综合体共享外设及其它系统端点。这种虚拟化将在两个层次上实现。外设或端点本身提供第一层:单根虚拟化。在这一层面上,端点独立于每个处理器提供自己的资

源,包括中断和直接内存访问。在第二层 IOV 中,端点和交换机有各种机制,使多处理器综合体可以共享一个公共的端点资源。

  但 IOV 还在开发中。寻求在现有 PCIe 规范中增加系统冗余能力的开发人员,可以有两种选择方案。一种是使用多路传输器,以一种双星型拓扑结构,将主系统部件与备份系统部件连接到 PCIe 交换机上(图 3)。另一种方案是使用一种非透明交换机,如 IDT、Intel 和 PLX 技术公司的产品。


  多处理需求

  非透明交换机获得来自一端处理器综合体的数据包,对其标题的寻址部分进行转换,将数据包映射到另一端处理器综合体。在上电期间,PCIe 根处理器对其综合体内的资源作初始化和例举,从而可以通过内存访问与它们进行通信。如果两个根处理器正在共享相同的总线,则两者会产生相冲突的地址映射。通过采用地址转换,交换机可以有效地使一个根CPU看不到另一个根CPU的存在,从而让每个根CPU都能用自己产生的地址映射访问资源。交换机还解决了资源竞争问题。非透明桥的主要缺点是现在没有实现标准。因此,每个供应商的产品都有自己独特的软件作用。

采用只允许一个主处理器的当前版本 PCI Express 实现高可靠性,可能需要使用多路传输器隔离冗余的处理器


  PCIe在数据层面应用中有这些局限性,因此在与专有结构竞争通信设计时处于弱势地位。但是,推广PCIe的经济因素已经开始推动对专有结构的替换,这种替换通常是开关式以太网。

  以太网也是一种大批量、低成本的技术。另外,它还是一种多主机共享各个终端的标准化通信实施方法。它也有相当高的数据处理能力,Fulcrum 微系统公司的 10 Gbps 交换设备已经上市。有一系列产品可提供以太网至其它通信协议的桥接功能,从而简化了多协议系统的设计。这些属性开始促使通信系统供应商设计接入级系统,如用 PCIe 作控制层面、开关式以太网作数据层面的 DSLAM(数字用户线接入多路传输器)。

  但 PCIe 的支持者也指出,PCIe 的经济性与性能路线图可能最终迫使以太网(以及专有结构)远离数据层面。大批量的以太网产品目前集中在 1 Gbps 设备。PCIe 现在提供8道和 16 道设备,数据速率可高达 40 Gbps,这是供应商为 PC 图形要求而开发的。PCIe支持者认为这种技术很快就会用于交换机、桥和其它端点外设。

  但是,这些产品还只是表现出潜在可能性。现在,市场上只有少量非针对 PC 和图形应用的 PCIe 设备。这些产品主要是交换机和桥。IDT、NEC、TI 和 PLX Technology 等公司都在提供透明与非透明的交换机,从两端口4通道直到八端口48通道的设备。这些公司还提供PCIe桥,提供PCIe桥的还有AMCC、Intel(图4)等公司。该桥可以完成PCIe与PCI、PCI-X 及以太网之间的上、下行连接。

PCI Express用开关式串行链路代替了并行PCI总线,链路中包含一个或多个通道


  定制设计方面也存在着机会。Lattice半导体公司的FPGA器件利用来自Northwest Logic的PCIe接口内核以及Genesys Logic的PHY(物理)层元件,非常有用。NEC亦提供PCIe 核,包括控制器与PHY核。即使是EDA供应商也开始进入定制PCIe市场,如Cadence同时为PCIe设计提供设计IP(知识产权)和验证工具。

  由于当前的市场重点是PC和图形应用,所以PCIe在通信设计中的应用仍处于早期阶段。但在结构与性能上,PCIe 都具有在通信控制领域找到自己位置的潜能。PCI-SIG 和各家公司致力于解决以处理器为中心的 PC 与以数据为中心的通信系统之间的结构不匹配问题。PCIe 也许不会统治通信系统设计,但它必将成为市场上的一个强有力的竞争者。


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