串行RapidIO交換技術(shù)
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2 RapidIO交換原理
RapidIO傳輸層的包格式被設計為獨立于交換結構，如此系統互聯(lián)就可以采用特定應用所需的任何技術(shù)。通常RapidIO是圍繞交換機來(lái)組織的，除了交換機以外RapidIO網(wǎng)絡(luò )的另一個(gè)基本結構是端點(diǎn)(Endpoints)。端點(diǎn)是數據包的發(fā)送者和接受者，交換機用來(lái)對端點(diǎn)之間傳送數據包。RapidIO使用器件ID唯一地識別網(wǎng)絡(luò )中的所有器件，幾乎可以支持任何系統拓撲結構。器件ID內部不包含關(guān)于器件具體位置的信息?；ヂ?lián)器件負責發(fā)現器件的具體位置并且通過(guò)目標器件ID轉發(fā)包。在系統啟動(dòng)時(shí)的系統發(fā)現(System Discovery)階段找到器件在系統中的位置。雖然交換機不知道器件在系統中的確切位置，但通過(guò)編程可以使交換機理解器件在系統中所處的方位。當器件位置改變時(shí)——可能發(fā)生熱插拔(Hot Swap)或路徑故障情況下，只需重新配置交換機就可以獲得新的拓撲結構。
RapidIO中，器件與器件問(wèn)的通信是通過(guò)發(fā)送包含源和目的器件ID包進(jìn)行的。器件ID是位于包頭的8位或16位字段，交換芯片通過(guò)器件ID將包轉發(fā)到最終目的。交換芯片使用查找表保持器件ID和正確的輸出端口問(wèn)的關(guān)系。只要包給定了器件ID，交換芯片就能夠為其找到輸出端口。由于器件ID字段相對較小并且使用了哈希關(guān)鍵字來(lái)縮小查找表，所以交換機可以很快查找并且不會(huì )增加RapidIO包通過(guò)交換器件的傳輸延遲。
由于目的和源器件ID都包含在包頭中，所以交換機和端點(diǎn)不僅知道包去向何處，而且知道包的來(lái)處。系統可以使用源器件ID來(lái)送回一個(gè)響應，表明正確的操作已經(jīng)完成或出現一個(gè)錯誤條件。RapidIO僅通過(guò)硬件結構來(lái)得到可靠的信道，使得在有限信任系統中來(lái)回搬移數據的效率較高。
3 RapidIO交換功能方案設計
3．1 方案概述
在雷達信號處理、數字圖像處理領(lǐng)域，海量數據高速實(shí)時(shí)處理至關(guān)重要。由于FPGA芯片在大數據量的底層算法處理上的優(yōu)勢及DSP芯片在復雜算法處理上的優(yōu)勢，DSP+FPGA的系統構架越來(lái)越廣泛，這就使得FPGA與DSP芯片之間數據的實(shí)時(shí)通信至關(guān)重要。本方案正是基于這種需求，設計了一種基于串行RapidIO的交換模塊。在保證系統中DSP與FPGA之間數據高速交換的同時(shí)，由于采用了Tsi578交換芯片，DSP與FPGA之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )可根據不同需要重新配置，既可在系統工作之前對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行配置，也可在運行過(guò)程中修改DSP于FPGA的互聯(lián)，達到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)可重構。
3．2 Tsi578芯片及其交換功能實(shí)現
在串行RapidIO互聯(lián)應用中，通常不直接將端點(diǎn)器件直接相連，而是利用交換結構構建可重構的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )，其中交換芯片作為組成交換結構核心部件。目前市面上專(zhuān)業(yè)的RapidIO芯片提供商包括IDT公司、PMC—Serial公司和Mercure公司，其中IDT公司在合并原來(lái)的Tundra公司后產(chǎn)品最全。設計選取的交換芯片為IDT公司的Tsi578芯片。該款交換芯片是聚合帶寬達80Gbit·s-1的全雙工串行RapidIO交換器，符合1．3版本的串行RapidIO規范，適用于網(wǎng)狀、矩陣架構與集成系統的高度可擴展解決方案。該芯片可配置高達8個(gè)4×模式鏈接或16個(gè)1×模式鏈接單個(gè)鏈路支持1．25、2．5及3．125 Gbit·s-1的速率。有關(guān)端口完全獨立，且交換器支持混合的速度及帶寬配置。
Tsi578每個(gè)端口都有各自獨立的查找表，各端口支持兩種模式的操作：Flat mode和Hierachical mode。Flat mode是默認的模式，支持ID的范圍為0～511，超出該范圍的包將被路由到寄存器設置的默認端口。Hierarchical mode可尋址的最大范圍為6 400。以Flatmode為例，如圖2所示為一個(gè)典型的該模式的路由方式。Tsi578收到包后先進(jìn)行完整性檢查，例如CRC校驗等，并通過(guò)物理層發(fā)送確認信號給源器件，再由邏輯端口定位到目的ID。如果ID256則查找本地查找表，如包A目的IDox12對應的輸出端口為端口2，那么該包的輸入端口將與端口2連通；若目的ID≥256而512則查找全局查找表，如包C目的IDox145對應的輸出端口為端口9，那么該包的輸入端口將與端口9連同；所有目的ID>512的包將被發(fā)送到默認端口14。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/148313.htm
在具體應用中，通過(guò)對Tsi578內部寄存器進(jìn)行正確的配置來(lái)實(shí)現其路由、鏈路維護和系統重構等功能。配置方式包括：(1)通過(guò)I2C總線(xiàn)從E2ROM中讀取配置信息。(2)通過(guò)配置軟件經(jīng)JJAG接口在線(xiàn)配置。(3)發(fā)送RapidIO維護包對寄存器進(jìn)行配置。
上述配置方式中，第一種在Tsi578上電時(shí)完成對寄存器的配置，通過(guò)刷新E2ROM中的內容實(shí)現靜態(tài)的鏈路重構；第二種為系統調試狀態(tài)時(shí)采用的配置方式，可隨時(shí)更改配置信息；第三種方式在系統正常工作的情況下可通過(guò)發(fā)送維護包隨時(shí)更改配置信息，實(shí)現鏈路的動(dòng)態(tài)重構。正是由于Tsi578配置的靈活性，大大方便了可重構分布式并行處理網(wǎng)絡(luò )設計的設計。
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