PCI Express的市场、趋势和应用

PCI Express的市场、趋势和应用(图)
作者：Xilinx公司技术市场经理 Navneet Rao 　日期：2007-4-1 　来源：本网
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最终用户需要更多具备多媒体功能的终端，从iPod视频或YouTube这样的博客站点就能看出这一趋势。当用户接收这类数据时，对于有效存储和更高的互连速度的要求变得十分关键。
千兆位的传输速率是当今应用对带宽的要求，并且重点也从处理速度转移到了高速互连上。业界已经出台了多种的串行标准，支配这些标准的主要市场需求是：可升级的性能；可扩展的功能集，以适应不同的产品型号(芯片到芯片、底板、电缆)；适用于不同细分市场和应用的互连；在主流的应用中实现低成本的串行解决方案。
PCI Express(PCIe)是一种主流的串行标准，它是2002年问世的第三代I/O互连技术，为从PCI到PCIX提供了一条升级路径，其具体规格可参见表1。PCIe已成为PC产业的标准互连技术，并且在其他应用中也有巨大的发展动力，发展态势参见图1，包括PC、服务器、工作站和嵌入式系统。

图1  PCI Express的发展态势

PCIe具有可升级能力、可扩展的功能集、很强的市场适应能力和低成本特性，其的核心优势包括：
● 高速串行标准能以每条通道2.5 Gb/s的线速进行双向通信；
● 基于分层数据包的架构，为模块化设计创造了条件；
● 通过更简单的升级就能实现带宽增强(高达80GB)，支持1、2、4、8、16和32条通道；
● 先进功能，比如可靠性、电源管理和热插拔；
● 借助虚拟通道、业务等级和服务质量(QoS)等特性支持下一代三维/多媒体业务；
● 全新外形和革新的设计方便使用，为设计满足不同细分市场需求的产品创造了条件；
● 软件投资保护，支持现有的PCI架构和基础设施。
为了跟上PCI Express迅速发展和应用的步伐，Xilinx公司在其Virtex-5 LXT器件中融入了硬PCI Express端点模块，模块在芯片上的位置见图2。

图2  Virtex-5 LXT FPGA中的PCIe端点模块
Xilinx的PCIe端点模块的优势包括：
● 完整的功能，完全符合PCIe基本规格v1.1版要求，可由用户根据需要进行配置；
● 通过PCI plug-fest的兼容性/通用性测试；
● 支持1-、2-、4-或8-通道；
● 符合所有关键要求，包括：接面信号标准；协议(CRC、自动重试)；QoS；热插拔；
● 采用Xilinx RocketIO GTP收发器模块，符合PCI Express终端规格，提供100MHz的直接参考时钟；
● 节约资源，PCIe端点模块内嵌于Virtex-5 LXT器件，与GTP收发机相邻；
● 简化设计，设计流程简单直接，可缩短设计周期；
● 低成本和低功耗；
● 使用可配置的block RAM来进行数据包缓冲处理，包括接收缓冲器、发送缓冲器、重试缓冲器；
● 简单的事务处理层接口，便于集成；
● 提供统计和监控数据，包括信用状况、最大有效载荷、错误信号；
● 两条虚拟通道用于QoS，包括循环调度(round robin)、加权循环调度(weighted round robin)或严格优先级调度。
使用Virtex-5 LXT PCIe模块进行设计
PCI Express的发展非常迅速，并被PC业界广泛接受。工程师在使用基于Virtex-5 LXT FPGA的PCIe端点进行设计时，将能够获得以下一些好处。
(1)更快的上市时间。现有的ASSP大多不能支持现在的PCIe，FPGA可把并行的专有协议接口和PCIe之间搭建一座桥梁，从而加快设计进程。此外，PCI Express标准的持续改变，在形成广泛市场基础前，阻止了ASIC/ASSP的发展。
(2)更低的功耗和更小的占位面积。使用Virtex-5 LXT解决方案能达到更高性能，同时缩小产品设计的体积，节省大量的功耗，与2GSX60D的比较结果如图3所示。比较条件是，频率为200MHz，在最差情况下处理，25K的LUT，17K的触发器，1Mb的片上RAM，64个DSP块，128个2.5V I/O。

图3  Virtex-5 LXT FPGA与其他同类产品的对比
(3)专用协议和现有标准与PCIe之间的桥梁。传统产品的小型化(针对PCI Express而优化)，需要在现有标准和PCI Express之间搭建一座桥梁。新型Virtex-5 LXT平台提供了实现这种转换所需的定制和逻辑资源，还提供了通往其他串行标准的桥梁。
(4)可升级的解决方案。PCI Express协议已经成为主流，但协议本身和用户终端还处于迅速发展阶段。使用Virtex-5 LXT PCIe端点模块进行设计，使用户能够将同一Virtex-5系列产品，从1条通道升级到4条通道，甚至8条通道。这就使用户能够验证未来的系统和终端。此外，由于PCIe本身兼容PCI和PCIX构架，升级和设计基于Virtex-5 LXT FPGA的解决方案，不仅能够保护现有的软件投资，而且能够延长基础设施的使用寿命。
(5)支持多种外观形状。Virtex-5 LXT RocketIO GTP收发机与竞争性FPGA/ASSP解决方案相比，具有明显的功耗优势，使设计人员可以支持不同的外观形状。
带有内置PCIe端点模块的Virtex-5 LXT FPGA，能够被用于任何一种外形的产品设计，可参见表2。

图4显示了采用Virtex-5 LXT PCIe端点模块集中多源业务以及实现其他协议和PCI Express协议互通的各种应用的框图。

图4  高端桌面/服务器系统中的PCIe
结论
内置PCIe端点模块和RocketIO GTP收发机的Virtex-5 LXT平台，是一种功能齐备并且完全符合PCI Express总线协议的PCIe解决方案。制造商不再需要购买知识产权许可证，同时可以减少功耗和所需的逻辑资源。通过使用功耗只有软IP替代品50%的更小的FPGA器件，能够大幅度地降低成本。模块内置的硬模块可缩短设计时间，保障产品功能和易用性。