用FPGA構建PCI Express端點(diǎn)器件最佳平臺

　　PCI Express是一種使用時(shí)鐘數據恢復(CDR)技術(shù)的高速串行I/O互連機制。PCI Express第一代規范規定的線(xiàn)速率為每通道2.5Gbps，可以讓您建立具備單通道(x1)鏈路2Gbps(經(jīng)8B/10B編碼)直至32通道64Gbps吞吐量的應用。這樣就能在保持或改進(jìn)吞吐量的同時(shí)，顯著(zhù)減少引腳數量。另外，還可以減小PCB的尺寸、降低印制線(xiàn)和層的數量，并簡(jiǎn)化布局和設計。引腳數量減少，也就意味著(zhù)噪聲和電磁干擾(EMI)降低。CDR消除了寬并行總線(xiàn)中普遍存在的時(shí)鐘-數據歪斜問(wèn)題，簡(jiǎn)化了互連實(shí)現。

　　PCI Express互連架構主要針對基于PC的系統，但就像PCI一樣，PCI Express也很快轉移到其他系統類(lèi)型，如嵌入式系統。它規定了三種類(lèi)型器件：根聯(lián)合體(root complex)、交換器件和端點(diǎn)(圖1)。根聯(lián)合體大致等同于PCI主機，CPU、系統存儲器和圖形控制器與之相連接。由于PCI Express的點(diǎn)對點(diǎn)特性，必須使用交換器件來(lái)增加系統功能的數量。PCI Express交換器件將上游端的根聯(lián)合體器件連接到下游端的端點(diǎn)。

圖1：PCI Express拓撲結構。

　　端點(diǎn)功能類(lèi)似于PCI/PCI-X器件。最常用的端點(diǎn)器件有以太網(wǎng)控制器或存儲主機總線(xiàn)適配器(HBA)。FPGA最常用于數據處理和橋接功能，所以其最大目標功能就是端點(diǎn)。FPGA實(shí)現非常適合于視頻、醫療影像、工業(yè)、測試和測量、數據采集和存儲應用。

　　PCI-SIG(PCI特別興趣小組)采用的PCI Express規范規定每個(gè)PCI Express器件使用三個(gè)不同的協(xié)議層：物理層、數據鏈路層和事務(wù)層。您可以使用單芯片或雙芯片解決方案來(lái)構建PCI Express端點(diǎn)。例如，使用Xilinx Spartan-3器件之類(lèi)的低成本FPGA，您可以用商用離散PCI Express PHY(圖2)來(lái)構建數據鏈路和事務(wù)層。此選項最適合于x1通道應用，如總線(xiàn)控制器、數據采集卡和提高性能的PCI32/33器件?；蛘?，您可以使用類(lèi)似Virtex-5 LXT或SXT FPGA的單芯片解決方案，它們具備集成的PCI Express PHY。此選項最適合于通訊或高清晰音頻/視頻端點(diǎn)器件(圖3)，它們對性能的要求更高：x4(8Gbps吞吐量)鏈路或x8(16Gbps吞吐量)鏈路。

圖2：基于Spartan-3 FPGA的數據采集卡。