PCI Express串行解決方案在Virtex-5 LXT平臺中的應用

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。當用戶接收這類數據時，對于有效存儲和更高的互聯速度的要求變得十分關鍵。

Gbps是今天應用對帶寬的要求，并且注意力也從處理速度轉移到了高速互聯上。多種的串行標準已經出臺。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，以適應不同的產品型號（芯片到芯片、底板、電纜）

·適用于不同細分市場和應用的互聯

·在主流的應用中實現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 互聯技術，為從 PCI 到 PCIX（參見表1）提供了一條升級路徑。PCIe 已成為PC 產業的標準互聯技術，并且在其它應用中也有巨大的發展動力（圖1）。它具有可升級能力、可擴展的功能集、很強的市場適應能力和低成本特性。

·PCIe的核心優勢包括：

·高速串行標準能以每條通道2.5Gbps的線速進行雙向通信

·基于分層數據包的架構，為模塊化設計創造了條件

·通過更簡單的升級就能實現帶寬增強（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、業務等級和服務質量（QoS）等特性支持下一代三維/多媒體業務

·全新外形和革新的設計方便使用，為設計滿足不同細分市場需求的產品創造了條件

·軟件投資保護，支持現有的PCI架構和基礎設施

PCI規格總線寬度傳輸率通道寬度連接速率最大數據帶寬

注：PCI Express 2.0規范“尚在開發之中”。

表1：PCI/PCI-X/PCIe 規格和帶寬

圖1：PCI Express 的發展態勢

圖2：Virtex-5 LXT FPGA中的 PCIe 端點模塊

用戶的歡迎、設計訂單和用戶的積極反饋，使我們更好地理解 PCI Express 在客戶產品中固有的優勢。為了能在今天創建解決明日問題的解決方案，并跟上時代迅速發展的步伐，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 端點模塊的顯著優勢包括：

完整的功能，完全符合 PCIe 基本規格 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

符合所有關鍵要求

—接面信號標準

—協議（CRC、自動重試）

—QoS

—熱插拔

采用 Xilinx？ RocketIOTM GTP 收發器模塊

—PCI Express 終端規格

—100MHz 直接參考時鐘

節約資源

—內嵌于所有 Virtex-5 LXT 器件

—與 GTP 收發機相鄰

簡易設計

—縮短設計周期

—簡化、直接的設計流程

低成本和低功耗

使用可配置的 block RAM 來進行數據包緩沖處理

—接收緩沖器

—發送緩沖器

—重試緩沖器

簡單的事務處理層接口，便于集成

提供統計和監控數據

—信用狀況、最大有效載荷、錯誤信號

兩條虛擬通道用于QoS

—循環調度 （round robin）、加權循環調度 （weighted round robin）或嚴格優先級調度

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

使用Virtex-5 LXT PCIe模塊進行設計

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

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

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品設計的體積。PCIe 端點模塊能夠讓設計人員在選擇更小器件的同時，仍能節省大量的功耗和成本。

專用協議和現有標準與 PCIe 之間的橋梁。傳統產品的小型化（針對 PCI Express 而優化），需要在現有標準和 PCI Express 之間搭建一座橋梁。新型 Virtex-5 LXT 平臺提供了實現這種轉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 協議已經成為主流，但協議本身和用戶終端還處于迅速發展階段。使用 Virtex-5 LXT PCIe 端點模塊進行設計，使你能夠將同一 Virtex-5 系列產品，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和終端。此外，由于 PCIe 本身兼容 PCI和PCIX 構架，升級和設計基于 Virtex-5 LXT FPGA 的解決方案，不僅能夠保護現有的軟件投資，而且能夠延長基礎設施的使用壽命。

Xilinx PCI 的歷史

Xilinx 公司一直走在 PCI/PCI-X/PCIe 技術的最前沿。

主要成就包括：

1996：業界第一款面向 FPGA 的 PCI 核心

1999：業界第一套64位 66MHz 的 PCI 解決方案

2000：業界第一套64位、133MHz 的 PCI-X 解決方案

2003：業界第一套 PCIe 解決方案

2005：業界第一套 PCIe PIPE 解決方案——Xilinx+NXP半導體

2006：業界第一套 FPGA Express 卡解決方案——Xilinx+NXP半導體

支持多種外觀形狀。Virtex-5 LXT RocketIO GTP 收發機與競爭性 FPGA/ASSP 解決方案相比，具有巨大的功耗優勢。這使得設計人員考慮在面向新市場的產品中使用 Virtex-5 FPGA。借助面向不同解決方案的可擴充邏輯密度，設計人員可以充分發揮65納米 FPGA 內在的優勢，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）、開關和PCI Express/PCI 橋路，它們通過 PCI Express 進行互聯。

RC是I/O層次的根部，將CPU/存儲器子系統與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 橋路機制來傳遞執行信息，例如 IDT PCI Express 開關。

端點是指能作為 PCI Express 執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：通信系統中的PCIe

圖6：高端桌面/服務器系統中的PCIe

帶有內置PCIe 端點模塊的 Virtex-5 LXT FPGA，能夠被用于任何一種外形的產品設計，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務以及實現其他協議和 PCI Express 協議互通的各種應用的框圖。

結論

內置 PCIe 端點模塊和 RocketIO GTP 收發機的 Virtex-5 LXT 平臺，是一種功能全備并且完全符合 PCI Express 總線協議的 PCIe 解決方案，具有極大的價值?，F在，產品制造商不再需要購買知識產權許可證，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。內置的硬模塊可縮短設計時間，保障產品功能和易用性。

Virtex-5 LXT平臺在一塊高速、低功耗的65納米 FPGA 上提供了獨特的內置 PCIe 能力，開創了高效 PCIe 系統開發的新時代。

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