基于FPGA的PCI Express桥接解决方案.docx

《基于FPGA的PCI Express桥接解决方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于FPGA的PCI Express桥接解决方案.docx（4页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、基于FPGA的PCIExpress桥接解决方案使用FPGA的优势之一是能够实施经过验证的知识产权，以快速、自信地完成桥接功能。看看一个常见但复杂的接口PCIExpress,就可以证明这些好处。与其前身外围组件互连(Pe1)一样，PCIExpress(PCIe)正在成为一种无处不在的系统接口。与PCI不同，PCIe采用SERDES接口为用户提供未来应用所需的可扩展性。随着系统带宽的增加，越来越多的应用正在转向基于SERDES的接口，例如PCIe0过去，专用IC(ASIC)和专用标准产品(ASSP)通常用于实施下一代接口解决方案。ASIC和ASSP是流行的选择，因为它们提供了低成本、低功耗的设计解

2、决方案。然而，几个新的FPGA系列为PCIe接口提供了有吸引力的选择。FPGA提供了一个适应性强的平台，它没有ASSP的不灵活性，也没有ASIC通常相关的较长的交付周期和大量的非经常性工程成本。具有嵌入式SERDES的新一代FPGA以低成本、低功耗的串行接口解决方案为设计人员提供了极其丰富、高价值的可编程架构。相同的FPGA可用于支持各种串行协议，如PCIe.GbE、SGMIEXAUESeria1Ranid1O等，为多种设计提供单一FPGA平台。PCIe也正在成为控制平面应用程序的接口，取代旧的并行接口，如PCI0新一代设备使用一个或多个PCIe链路。在大多数设备中，PCIe内核被实现为PCI

3、e端点。设计人员通常需要将这些设备连接到具有并行总线的上一代设备(例如具有并行总线接口的微处理器)0使用低成本、低功耗FPGA在PCIe和并行接口之间进行桥接可为设计人员提供解决此问题的灵活性，而不会超出其系统成本和功率预算。设计挑战随着设计人员从PCI迁移到PCIe,协议的复杂性以及基于SERDES的设计所涉及的复杂性构成了重大挑战。幸运的是，FPGA与全功能PCIeIP内核、参考设计、便性评估板和相关演示相结合，有助于消除PC1e设计人员面临的陡峭学习曲线。FPGA是基于PCIe的应用的理想平台。因为它们是可编程的，所以FPGA使设计人员能够灵活地在设计周期的后期解决设计问题，并加快周转时

4、间。随着个别设计要求的发展，设计人员可以轻松更改或添加功能。FPGA设计还允许设计人员进行更新以适应规范的变化，使他们能够在未来证明其设计不会过时。可编程平台使设计人员能够使用相同的FPGA来实现连接到各种其他PCIe芯片组的接口解决方案:端点、根复合体或交换机。设计人员可以在FPGA中集成系统所需的其他功能，减少板上元件的数量，进一步降低系统的总成本。桥接接口FPGA为系统设计提供了极其灵活的可编程平台。包含IP内核、硬件平台、演示设计、驱动程序和软件的综合解决方案包使设计人员能够缩短开发周期，同时降低设计的复杂性。一个常见的设计要求是PCIe解决方案在PCIe串行接口(端点设备)和传统并行

5、总线接口之间进行桥接，如图1所示。具有PCIe根复杂IP内核的FPGA为设计人员提供了实现所需的基本构建块这样的解决方案。或者，ASSP和ASIC也可以实现此功能。然而，与FPGA不同，这些设备只能实现固定配置，无法更改以适应各种可用的并行总线接口。图1：具有PCIe根复杂IP内核的FPGA在PCIe串行接口和传统并行总线接口之间桥接。另一方面，可编程FPGA平台使设计人员能够对其设计进行特定更改，以实现与其特定板上可用接口相匹配的特定桥接功能。设计人员还可以灵活地在单个FPGA中实现多个桥接或桥接的不同配置，从而减少板上的组件总数。FPGA与PCIe根复杂IP核相结合，可以实现设计所需的多种

6、其他桥接解决方案。PCIe根复合体PCIe端点作为上游设备运行，这是根复杂设备可以执行的功能。然而，就所使用的FPGA门而言，一个全功能的根复杂实现是相当昂贵的。相反，具有事务层功能子集的轻量级根复杂足以实现大多数桥接功能。如图1所示，这座桥由两个基本组成部分组成。个块是PCIe根复合体(或RootComp1ex-Iite)IP内核，它与PCIe端点设备接口。第二个块是连接到本地总线/并行接口的桥接逻辑。由于此实现是在可编程FPGA中实现的，因此设计人员可以根据特定接口需求灵活地定制设计。其他功能也可以集成到同一个FPGA中，从而消除板上的其他组件并降低总体材料成本。实现更轻量级的IPPCIe

7、是一个复杂的协议。提供功能齐全、经过充分验证的PCIeIP内核可显着降低设计复杂性。例如，莱迪思半导体的PCIeRootComp1ex1ite(RC-Iite)内核实现了x1或x4根复合功能，主要用于PCIe桥接应用。如图2所示，所有PCIe层均作为嵌入式ASIC块和在FPGA中实现的PCIeRC-Iite软IP内核的组合来实现。各种模块包括电SERDES接口、物理层、数据链路层和事务层，以支持实现PCIExpress根复杂功能所需的协议栈。这种较轻的IP针对PCIe端点接口和并行本地总线接口之间的简单桥接应用进行了优化。UserInterfaceTransaction1ayer-ECRC I

8、nterrupt,Errormessagedecode F1owContro1updatesData1ink1ayerSoftFPGA1ogicEmbeddedPCS/SERDES RetryBuffer AckNaktSequenceNumber-1CRC F1owContro1Initia1izationPhysica11ayer2 OrderedSetEncoderZDecoder 1TSSM ScrambIingZDe-ScrambIingPhysica11ayer1 E1ectrica1Interface WordA1ignment C1ockCompensation Channe1

9、A1ignmentPCIExpress1anes图2：PCIeRC-IiteIP协议栈有助于降低PCIe桥接应用的设计复杂性。在1atticeECP2M或1attiCeECP3FPGA中实现的PCIeRC-IiteIP可实现低成本、低功耗的PCIe桥接应用，同时为设计人员提供定制桥接接口的灵活性。此外，PCIe硬件评估板和各种参考设计、演示和软件驱动程序可帮助设计人员启动他们的PCIe设计并缩短上市时间。莱迪思还为设计人员提供了一个硬件评估板来测试RC-IiteIP解决方案。设计人员可以在部署之前完成互操作性并验证这些解决方案的系统级功能，从而节省通常与设计后调试和性能增强相关的时间和成本。简化桥接复杂性PCIe设计对设计人员提出了重大挑战。对接口的要求各不相同，具体取决于PCIe设备是否必须连接到另一个端点、根联合体或交换机。此外，设计通常需要一个PCIe端点设备和另一个具有并行总线接口的设备之间的连接。设计人员可以在低成本、低功耗的FPGA平台中实现这些功能，同时保留灵活可编程架构的所有优势。在FPGA中使用PCIe根复杂IP功能提供了实现这些桥接功能的理想平台。黄飞