串行RapidIO交換技術

摘要 高性能嵌入式信號處理系統對芯片間及板間互聯的帶寬、成本、靈活性及可靠性的要求不斷提高而傳統的互聯方式無法滿足日益增長的性能要求。基于此背景，文中研究了當前嵌入式系統互聯唯一的國際標準RapidIO的組網技術及交換原理，給出了一種基于Tsi578芯片的可重構分布式并行處理互聯網絡的組網方案。經驗證，交換模塊性能穩定，實現了動態和靜態的可重構。
關鍵詞 RapidIO協議；系統互聯；實時信號處理；數據交換

當前，集成工藝水平的飛速發展使得現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、數字信號處理器(Digital Signal Proeessor，DSP)以及專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等處理器內核性能得到了較大的提升，表征處理器處理能力的時鐘頻率呈指數增長。于此同時隨著語音數字輸入、圖像處理和陣列雷達等需大量實時數據處理需求的出現，僅靠單個處理器無法滿足大數據量的高速實時處理要求，分布式并行處理成為提高系統性能的有效解決途徑，已廣泛應用于高速實時信號處理領域。
影響分布式并行處理系統性能的因素主要包括：處理器的性能、處理單元的互聯網絡以及并行算法和任務的分配。在處理器性能得到保證以及并行算法和任務分配確定的前提下，處理單元之間的互聯方式成為系統性能提升的瓶頸。傳統并行總線由于其自身缺陷已無法滿足系統的互聯通信需求，新興的高速串行傳輸方式取代并行成為互聯通信的主流。其中，串行RapidIO(Serial RapidIO)以其低引腳數，基于報文
交換的互聯體系結構，高帶寬、低延時、高效率及高可靠性等優點成為嵌入式系統互聯的國際標準，為高性能嵌入式系統互聯提供了良好的解決方案。文中討論的重點是分析RapidIO的交換原理并完成了一種基于IDT公司Tsi578芯片的基于交叉開關的可重構組網方案的設計。

1 RapidIO協議概述
RapidIO是一種開放的嵌入式互聯標準，由RapidIO行業協會支持開發，并指導其構架的未來發展方向。RapidIO技術最初是由Freescale和Mercury共同研發的一項互連技術，既可作為處理器的前端總線，用與處理器之間的互連，還可作為系統級互連的高效前端總線而使用。19 99年完成第一個標準的制定，當前最新版本為Version2．0。RapidIO已經成為電信，通訊以及嵌入式系統內的芯片與芯片之間，板與板之間的背板互連技術的生力軍。
RapidIO操作是基于請求和響應事物的。包是系統中端點器件間的基本通信單元。發起器件或主控器件產生一個請求事物，該事物被發送至目標器件。目標器件產生一個響應事物返回至發起器件來完成該次操作。RapidIO互聯定義包括兩類技術：面向高性能微處理器及系統互聯的并行接口；面向串行背板、DSP和相關串行控制平面應用的串行接口。與以太網協議類似，RapidIO也采用分層結構，由邏輯層、傳輸層和物理層構成。圖1所示為其協議的分層結構。邏輯層規范位于最高層，定義了協議和包的格式，為端點器件發起和完成事物提供必要的信息。傳輸層規范位于中間層，定義RapidIO地址空間和在端點器件間傳輸所需的路由信息。物理層規范在整個分層結構的底層，包括器件接口的細節，如包傳輸機制、流量控制、電氣特性和低級錯誤管理等。

RapidIO最明顯的一個特點就是采用了單一的公用傳輸層規范來相容、匯聚不同的邏輯層和物理層，單一的傳輸層實體增強了RapidIO的適應性，方便互聯網絡的設計。