用FPGA构建PCI Express端点器件最佳平台

2010-07-22 23:50:11来源: Xilinx公司

  PCI Express是一种使用时钟数据恢复(CDR)技术的高速串行I/O互连机制。PCI Express第一代规范规定的线速率为每通道2.5Gbps,可以让您建立具备单通道(x1)链路2Gbps(经8B/10B编码)直至32通道64Gbps吞吐量的应用。这样就能在保持或改进吞吐量的同时,显著减少引脚数量。另外,还可以减小PCB的尺寸、降低印制线和层的数量,并简化布局和设计。引脚数量减少,也就意味着噪声和电磁干扰(EMI)降低。CDR消除了宽并行总线中普遍存在的时钟-数据歪斜问题,简化了互连实现。

  PCI Express互连架构主要针对基于PC的系统,但就像PCI一样,PCI Express也很快转移到其他系统类型,如嵌入式系统。它规定了三种类型器件:根联合体(root complex)、交换器件和端点(图1)。根联合体大致等同于PCI主机,CPU、系统存储器和图形控制器与之相连接。由于PCI Express的点对点特性,必须使用交换器件来增加系统功能的数量。PCI Express交换器件将上游端的根联合体器件连接到下游端的端点。

PCI Express拓扑结构

图1:PCI Express拓扑结构。

  端点功能类似于PCI/PCI-X器件。最常用的端点器件有以太网控制器或存储主机总线适配器(HBA)。FPGA最常用于数据处理和桥接功能,所以其最大目标功能就是端点。FPGA实现非常适合于视频、医疗影像、工业、测试和测量、数据采集和存储应用。

  PCI-SIG(PCI特别兴趣小组)采用的PCI Express规范规定每个PCI Express器件使用三个不同的协议层:物理层、数据链路层和事务层。您可以使用单芯片或双芯片解决方案来构建PCI Express端点。例如,使用Xilinx Spartan-3器件之类的低成本FPGA,您可以用商用离散PCI Express PHY(图2)来构建数据链路和事务层。此选项最适合于x1通道应用,如总线控制器、数据采集卡和提高性能的PCI32/33器件。或者,您可以使用类似Virtex-5 LXT或SXT FPGA的单芯片解决方案,它们具备集成的PCI Express PHY。此选项最适合于通讯或高清晰音频/视频端点器件(图3),它们对性能的要求更高:x4(8Gbps吞吐量)链路或x8(16Gbps吞吐量)链路。

基于Spartan-3 FPGA的数据采集卡 

图2:基于Spartan-3 FPGA的数据采集卡。

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关键字:FPGA  PCIExpress  CDR  时钟数据恢复

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0722/article_1251.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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