串行 RapidIO: 高性能嵌入式互連技術(shù)

RapidIO網(wǎng)絡(luò )主要由兩種器件，終端器件（End Point）和交換器件（Switch）組成。終端器件是數據包的源或目的地，不同的終端器件以器件ID來(lái)區分。RapidIO支持8 bits 或 16 bits器件ID，因此一個(gè)RapidIO網(wǎng)絡(luò )最多可容納256或65536個(gè)終端器件。與以太網(wǎng)類(lèi)似，RapidIO也支持廣播或組播，每個(gè)終端器件除了獨有的器件ID外，還可配置廣播或組播ID。交換器件根據包的目地器件ID進(jìn)行包的轉發(fā)，交換器件本身沒(méi)有器件ID。

RapidIO的互連拓撲結構非常靈活，除了通過(guò)交換器件外，兩個(gè)終端器件也可直接互連。以德州儀器(TI)的TMS320C6455 DSP為例，它有4個(gè)3.125G的SRIO口，它可支持的拓撲結構如圖4所示。

圖4 RapidIO支持靈活多樣的拓撲結構
物理層協(xié)議

RapidIO 1.x 協(xié)議定義了以下兩種物理層接口標準：

1. 8/16 并行LVDS協(xié)議
2. 1x/4x 串行協(xié)議 (SRIO)

并行RapidIO由于信號線(xiàn)較多（40～76）難以得到廣泛的應用，而1x/4x串行RapidIO僅4或16個(gè)信號線(xiàn)，逐漸成為主流，所以本文僅介紹串行RapidIO。

串行RapidIO基于現在已廣泛用于背板互連的SerDes（Serialize Deserialize）技術(shù)，它采用差分交流耦合信號。差分交流耦合信號具有抗干擾強、速率高、傳輸距離較遠等優(yōu)點(diǎn)。差分交流耦合信號的質(zhì)量不是由傳統的時(shí)序參數來(lái)衡量，而是通過(guò)眼圖來(lái)衡量，眼圖中的“眼睛”張得越開(kāi)則信號質(zhì)量越好。圖5是一個(gè)典型的串行RapidIO信號的眼圖。

圖5 串行RapidIO信號眼圖

差分信號的強弱由一對信號線(xiàn)的電壓差值表示，串行RapidIO協(xié)議規定信號峰－峰值的范圍是200mV－2000mV。信號幅度越大，則傳輸距離越遠，RapidIO協(xié)議按信號傳輸距離定義兩種傳輸指標：

1. 短距離傳輸(Short Run)，=50厘米，主要用于板內互連，推薦的發(fā)送端信號峰－峰值為500mV－1000mV
2. 長(cháng)距離傳輸(Long Run)，>50厘米，主要用于板間或背板互連，推薦的發(fā)送端信號峰－峰值為800mV－1600mV

為了支持全雙工傳輸，串行RapidIO收發(fā)信號是獨立的，所以每一個(gè)串行RapidIO口由4根信號線(xiàn)組成。標準的1x/4x 串行RapidIO接口，支持四個(gè)口，共16根信號線(xiàn)。這四個(gè)口可被用作獨立的接口傳輸不同的數據；也可合并在一起當作一個(gè)接口使用，以提高單一接口的吞吐量。

德州儀器TMS320C6455 DSP上集成了標準的1x/4x串行RapidIO接口，如圖6所示。

圖6德州儀器TMS320C6455 DSP 1x/4x 串行RapidIO接口框圖