PCI Express 的市場(chǎng)、趨勢和應用

最終用戶(hù)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(diǎn)就能看出這一趨勢。當用戶(hù)接收這類(lèi)數據時(shí)，對于有效存儲和更高的互聯(lián)速度的要求變得十分關(guān)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(lián)上。多種的串行標準已經(jīng)出臺。支配這些標準的主要市場(chǎng)需求是：

• 可升級的性能
• 可擴展的功能集，以適應不同的產(chǎn)品型號（芯片到芯片、底板、電纜）
• 適用于不同細分市場(chǎng)和應用的互聯(lián)
• 在主流的應用中實(shí)現低成本的串行解決方案

PCI Express|0">PCI Express（PCIe） 是一種主流的串行標準，它是2002年問(wèn)世的第三代 I/O 互聯(lián)技術(shù)，為從 PCI 到 PCIX（參見(jiàn)表1）提供了一條升級路徑。PCIe 已成為PC 產(chǎn)業(yè)的標準互聯(lián)技術(shù)，并且在其它應用中也有巨大的發(fā)展動(dòng)力（圖1）。它具有可升級能力、可擴展的功能集、很強的市場(chǎng)適應能力和低成本特性。

• 高速串行標準能以每條通道2.5Gbps的線(xiàn)速進(jìn)行雙向通信
• 基于分層數據包的架構，為模塊化設計創(chuàng )造了條件
• 通過(guò)更簡(jiǎn)單的升級就能實(shí)現帶寬增強（高達80GB）——1、2、4、8、16和32條通道
• 先進(jìn)功能，比如可靠性、電源管理和熱插拔
• 借助虛擬通道、業(yè)務(wù)等級和服務(wù)質(zhì)量（QoS）等特性支持下一代三維/多媒體業(yè)務(wù)
• 全新外形和革新的設計方便使用，為設計滿(mǎn)足不同細分市場(chǎng)需求的產(chǎn)品創(chuàng )造了條件
• 軟件投資保護，支持現有的PCI架構和基礎設施

? 注：PCI Express 2.0規范“尚在開(kāi)發(fā)之中”

表1：PCI/PCI-X/PCIe 規格和帶寬

Xilinx 的PCIe 端點(diǎn)模塊的顯著(zhù)優(yōu)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(diǎn)解決方案
• 通過(guò)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(shí)現
• 符合所有關(guān)鍵要求
  • 接面信號標準
  • 協(xié)議（CRC、自動(dòng)重試）
  • QoS
  • 熱插拔
• 采用 Xilinx® RocketIOTM GTP 收發(fā)器模塊
  • PCI Express 終端規格
  • 100MHz 直接參考時(shí)鐘
• 節約資源
  • 內嵌于所有 Virtex-5 LXT 器件
  • 與 GTP 收發(fā)機相鄰
• 簡(jiǎn)易設計
  • 縮短設計周期
  • 簡(jiǎn)化、直接的設計流程
• 低成本和低功耗
• 使用可配置的 block RAM 來(lái)進(jìn)行數據包緩沖處理
  • 接收緩沖器
  • 發(fā)送緩沖器
  • 重試緩沖器
• 簡(jiǎn)單的事務(wù)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(huán)調度 (round robin)、加權循環(huán)調度 (weighted round robin)或嚴格優(yōu)先級調度

使用Virtex-5 LXT PCIe模塊進(jìn)行設計

PCI Express 的發(fā)展勢頭很旺，并被PC業(yè)界廣泛接受。工程師在使用基于 Virtex-5 LXT FPGA 的 PCIe 端點(diǎn)進(jìn)行設計時(shí)，也能夠通過(guò)利用以下這些優(yōu)勢，來(lái)引導 PCI Express 在新市場(chǎng)上的增值能力：

• 更快的上市時(shí)間?，F有的 ASSP 大多不能支持今天的 PCIe；FPGA 可把并行的專(zhuān)有協(xié)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(chǎng)基礎前，阻止了 ASIC/ASSP 的發(fā)展。一個(gè)典型的案例是最近于2006年9月召開(kāi)的英特爾開(kāi)發(fā)者論壇上由英特爾和IBM共同發(fā)布的 “Geneseo” 架構以推動(dòng)新應用的發(fā)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(shí)縮小產(chǎn)品設計的體積。PCIe 端點(diǎn)模塊能夠讓設計人員在選擇更小器件的同時(shí)，仍能節省大量的功耗和成本。
  
• 專(zhuān)用協(xié)議和現有標準與 PCIe 之間的橋梁。傳統產(chǎn)品的小型化（針對 PCI Express 而優(yōu)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(shí)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(xié)議已經(jīng)成為主流，但協(xié)議本身和用戶(hù)終端還處于迅速發(fā)展階段。使用 Virtex-5 LXT PCIe 端點(diǎn)模塊進(jìn)行設計，使你能夠將同一 Virtex-5 系列產(chǎn)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(lái)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(cháng)基礎設施的使用壽命。
  
• ? 支持多種外觀(guān)形狀。Virtex-5 LXT RocketIO GTP 收發(fā)機與競爭性 FPGA/ASSP 解決方案相比，具有巨大的功耗優(yōu)勢。這使得設計人員考慮在面向新市場(chǎng)的產(chǎn)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(fā)揮65納米 FPGA 內在的優(yōu)勢，以支持不同的外觀(guān)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(lái)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(wù)器I/O模塊之類(lèi)的高性能解決方案。

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(gè)終端（I/O器件）、開(kāi)關(guān)和PCI Express/PCI 橋路，它們通過(guò) PCI Express 進(jìn)行互聯(lián)。

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(gè)或多個(gè)PCI Express 端口，例如英特爾芯片組。

開(kāi)關(guān)定義為多個(gè)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(lái)傳遞執行信息，例如 IDT PCI Express 開(kāi)關(guān)。

端點(diǎn)是指能作為 PCI Express 執行的請求者或完成者的那一類(lèi)器件，可以是 PCI Express自身，也可以是一個(gè)非 PCI Express 器件，例如連接在 PCI Express 上的圖形控制器。