串行RapidIO交換器的應(yīng)用優(yōu)勢

串行RapidIO交換器的應(yīng)用優(yōu)勢

EMIF6? 是由 Texas Instruments 開發(fā)的一款專利接口，在業(yè)內(nèi)應(yīng)用多年，反響良好。但是，EMIF6? 現(xiàn)正用于從未嘗試的 DSP 至 DSP 連接等應(yīng)用。本文闡述了與以相同有效帶寬運(yùn)行的串行 RapidIO交換器相比，采用 FPGA 的八端口 EMIF6? 交換器具有的優(yōu)缺點(diǎn)。

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EMIF 標(biāo)準(zhǔn)是一種成熟、穩(wěn)定的并行外部存儲器接口，且已在許多應(yīng)用中證明大有益處。但其能力僅限于主機(jī)，且需要昂貴的 CPU 中斷服務(wù)程序，以便將系統(tǒng)內(nèi)其他主機(jī)的數(shù)據(jù)傳入設(shè)備。支持 EMIF 接口可能還需要龐大的軟件開銷（取決于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮〖邦l率）。圖 1 所示的是傳統(tǒng)的EMIF 應(yīng)用示例，通過CPU 中斷+ EDMA 方法從 CR ASIC 傳至 DSP 的傳輸形式。

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通過選擇串行 RapidIO 等先進(jìn)的系列接口，可實(shí)現(xiàn)諸多一般優(yōu)點(diǎn)：
* 可配置性及性能 – RapidIO以 1.25、2.5 及 3.125Gb的速率支持每個鏈接，且可支持多達(dá)八個 4x鏈接或十六個 1x 鏈接。具有確定性及低延時的特點(diǎn)，且提供無阻塞交換矩陣架構(gòu)。
* 控制 – RapidIO 具有可配置的 CPU 中斷控制、支持錯誤管理及通過性能監(jiān)控統(tǒng)計(jì)支持擁塞控制等特點(diǎn)。它還提供用于硬件錯誤恢復(fù)的 CRC 處理。
* 軟件支持 – 納入硬件終止端點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)較低的軟件開支。另外，RapidIO 只要求低水平的配置及功能支持，同時提供高度抽象的信息傳遞 API。它還具有 CPU 開銷無需由傳輸數(shù)據(jù)的大小決定（例如通過少量控制訊息）的優(yōu)點(diǎn)。

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圖2顯示與圖1相同的應(yīng)用，而在實(shí)施時采用串行 RapidIO。采用此方法而不選擇 EMIF6? 的具體優(yōu)點(diǎn)可概述為以下幾點(diǎn)：
* 靈活性 –EMIF6? 的局限性包括：它不是一個開放式標(biāo)準(zhǔn)接口，且其帶寬限于 8Gb/s 半雙工。另外，它并非可擴(kuò)展的解決方案。相反，串行 RapidIO 具有開放式標(biāo)準(zhǔn)接口、帶寬可擴(kuò)展至高達(dá) 20Gb/s 及可擴(kuò)展架構(gòu)。
* 性能 – EMIF6? 屬于損耗系統(tǒng)，不會存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，也不會提供數(shù)據(jù)的優(yōu)先次序。另外，通過交換器時還具有不可確定的延時。串行 RapidIO 是無損耗系統(tǒng)，可保證數(shù)據(jù)包傳送具有四個優(yōu)先次序等級。通過交換器時具有可確定的延時。
* 開發(fā)成本 – 當(dāng)采用 EMIF6? 接口時，需要 FPGA 設(shè)計(jì)及確認(rèn)資源。需承擔(dān)的測試平臺費(fèi)用不可低估，且最后需要持續(xù)的產(chǎn)品支持。但是，采用串行 RapidIO，無需進(jìn)行硅設(shè)計(jì)，且由于 EMIF6?的相對I/O 要求更高，因此執(zhí)行本解決方案的成本較低。同時，PCB 的復(fù)雜性降低----單個 6? 位 EMIF 接口需要大約 97 只引腳，意味著八個端口的交換器只需要 776 只接口引腳----因此可降低成本。
* 其他優(yōu)點(diǎn) – 串行 RapidIO 提供 CRC 處理，可實(shí)現(xiàn)基于硬件的錯誤恢復(fù)，而EMIF6? 無錯誤檢測/糾正。另外，后者不會提供狀態(tài)或確認(rèn)反饋，而串行 RapidIO 提供錯誤管理及報(bào)告功能。此外，較寬的并行接口比串行接口占用更多的 PCB 空間。

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兩種解決方案基本相同的一點(diǎn)是功率需求。使用相等的帶寬配置時二者的端點(diǎn)功耗大致相同。當(dāng)在6?位模式下以133MHz 工作頻率運(yùn)行時，EMIF 具有 8Gb/s 的半雙工帶寬。當(dāng)在x4 模式下以1.25Gb/s 工作頻率運(yùn)行時，串行 RapidIO 具有4Gb/s 的全雙工帶寬。盡管交換器功耗取決于如何實(shí)施FPGA 及所包括的功能，但有關(guān)功耗大致相同。

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圖3顯示Tundra Tsi578串行 RapidIO 交換器的組件示意圖，該款交換器是 80Gb/s 全雙工串行RapidIO 交換器，符合開放式標(biāo)準(zhǔn)及第1.3版（最新版本）串行 RapidIO 互連規(guī)范。適用于網(wǎng)狀、矩陣架構(gòu)與集成系統(tǒng)的高度可擴(kuò)展解決方案 Tsi578，可為設(shè)計(jì)人員及架構(gòu)工程師提供配置選項(xiàng)，以匹配各種網(wǎng)絡(luò)、無線及視頻基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用的精確 I/O 帶寬需求。它可配置高達(dá)八個 4x 鏈接或高達(dá)十六個1x 鏈接，且每個4x 鏈接可分解為兩個 1x 鏈接。該款交換器支持 1.25、2.5 及 3.125Gb的速率，每個端口可配置為 1.25、2.5 或 3.125Gb/s。有關(guān)端口完全獨(dú)立，且交換器支持混合的速度及帶寬配置。

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易用特點(diǎn)包括“熱插拔”－帶電插入或拔出現(xiàn)場可代替單元。在一般性能方面，該款交換器借助數(shù)據(jù)包直通功能實(shí)現(xiàn)低延時，并為線速終端和無阻塞交換矩陣架構(gòu)提供全雙工運(yùn)行，并防止線路中樞發(fā)生堵塞。它還具有集成可編程的 XAUI SerDes功能。Tsi578 采用0.13um CMOS技術(shù)及27mmx27mm尺寸和675球柵的FCBGA封裝，可向后兼容其上代產(chǎn)品 Tsi568A。

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第三代 Tsi578 交換器采用創(chuàng)新的交換矩陣架構(gòu)管理以提高下一代通信基礎(chǔ)架構(gòu)平臺的數(shù)據(jù)吞吐量，包括ATCA及MicroATCA應(yīng)用。這款交換器可向6?000多個端點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且具有獨(dú)立的單播與多播路由機(jī)制及錯誤管理擴(kuò)展功能，對于這些平臺大有助益。

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多播路由可以 80 Gb/S 的總帶寬將支持串行 RapidIO 的處理器與外圍設(shè)備同時互連。此外，廣泛的無阻塞交換矩陣架構(gòu)管理功能包括監(jiān)控和管理通信量的矩陣架構(gòu)監(jiān)控、向矩陣架構(gòu)控制器提供主動通知問題的錯誤管理、保證帶寬的可編程緩存深度以及獨(dú)立的單播與多播路由機(jī)制。通過明顯良好的吞吐量、增強(qiáng)的性能監(jiān)控統(tǒng)計(jì)及高級調(diào)度算法來提高通信量。

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Tsi578的端口配置極為靈活性，同時采用低功耗、高速SerDes 以輕松地優(yōu)化功耗。為了有助于簡化信號通道路由，該款交換器還支持I/O 通道交換。此設(shè)備要求 1.2V 及 3.3V 電源軌，可在工業(yè)及商業(yè)額定溫度范圍內(nèi)工作。該款交換器還支持高速互連的 ACGA 版 IEEE 1149.6 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)。

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結(jié)論

Tundra Tsi578 交換器與 Texas Instruments TMS320C6?55 結(jié)合可為采用 DSP 群集的任何應(yīng)用提供最高系統(tǒng)級性能。由傳統(tǒng)的 DSP EMIF轉(zhuǎn)向串行 RapidIO 交換方法可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大、功能豐富的設(shè)計(jì)，從而擴(kuò)展至多個DSP密度。串行 RapidIO 交換器的成本不到 FPGA EMIF6? 交換器成本的一半，此外，前者所需的開發(fā)資源遠(yuǎn)比后者少。

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若使用硬件終止串行 RapidIO 端點(diǎn)，將極大地降低 DSP 軟件支持。最后，通過 DSP 群集 MIPS 的累積節(jié)省可提高整體系統(tǒng)性能及價(jià)值。