串行RapidIO交換技術
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2 RapidIO交換原理
RapidIO傳輸層的包格式被設計為獨立于交換結構，如此系統互聯就可以采用特定應用所需的任何技術。通常RapidIO是圍繞交換機來組織的，除了交換機以外RapidIO網絡的另一個基本結構是端點(Endpoints)。端點是數據包的發送者和接受者，交換機用來對端點之間傳送數據包。RapidIO使用器件ID唯一地識別網絡中的所有器件，幾乎可以支持任何系統拓撲結構。器件ID內部不包含關于器件具體位置的信息。互聯器件負責發現器件的具體位置并且通過目標器件ID轉發包。在系統啟動時的系統發現(System Discovery)階段找到器件在系統中的位置。雖然交換機不知道器件在系統中的確切位置，但通過編程可以使交換機理解器件在系統中所處的方位。當器件位置改變時——可能發生熱插拔(Hot Swap)或路徑故障情況下，只需重新配置交換機就可以獲得新的拓撲結構。
RapidIO中，器件與器件問的通信是通過發送包含源和目的器件ID包進行的。器件ID是位于包頭的8位或16位字段，交換芯片通過器件ID將包轉發到最終目的。交換芯片使用查找表保持器件ID和正確的輸出端口問的關系。只要包給定了器件ID，交換芯片就能夠為其找到輸出端口。由于器件ID字段相對較小并且使用了哈希關鍵字來縮小查找表，所以交換機可以很快查找并且不會增加RapidIO包通過交換器件的傳輸延遲。
由于目的和源器件ID都包含在包頭中，所以交換機和端點不僅知道包去向何處，而且知道包的來處。系統可以使用源器件ID來送回一個響應，表明正確的操作已經完成或出現一個錯誤條件。RapidIO僅通過硬件結構來得到可靠的信道，使得在有限信任系統中來回搬移數據的效率較高。
3 RapidIO交換功能方案設計
3．1 方案概述
在雷達信號處理、數字圖像處理領域，海量數據高速實時處理至關重要。由于FPGA芯片在大數據量的底層算法處理上的優勢及DSP芯片在復雜算法處理上的優勢，DSP+FPGA的系統構架越來越廣泛，這就使得FPGA與DSP芯片之間數據的實時通信至關重要。本方案正是基于這種需求，設計了一種基于串行RapidIO的交換模塊。在保證系統中DSP與FPGA之間數據高速交換的同時，由于采用了Tsi578交換芯片，DSP與FPGA之間的互聯網絡可根據不同需要重新配置，既可在系統工作之前對互聯網絡進行配置，也可在運行過程中修改DSP于FPGA的互聯，達到互聯網絡的靜態和動態可重構。
3．2 Tsi578芯片及其交換功能實現
在串行RapidIO互聯應用中，通常不直接將端點器件直接相連，而是利用交換結構構建可重構的動態網絡，其中交換芯片作為組成交換結構核心部件。目前市面上專業的RapidIO芯片提供商包括IDT公司、PMC—Serial公司和Mercure公司，其中IDT公司在合并原來的Tundra公司后產品最全。設計選取的交換芯片為IDT公司的Tsi578芯片。該款交換芯片是聚合帶寬達80Gbit·s-1的全雙工串行RapidIO交換器，符合1．3版本的串行RapidIO規范，適用于網狀、矩陣架構與集成系統的高度可擴展解決方案。該芯片可配置高達8個4×模式鏈接或16個1×模式鏈接單個鏈路支持1．25、2．5及3．125 Gbit·s-1的速率。有關端口完全獨立，且交換器支持混合的速度及帶寬配置。
Tsi578每個端口都有各自獨立的查找表，各端口支持兩種模式的操作：Flat mode和Hierachical mode。Flat mode是默認的模式，支持ID的范圍為0～511，超出該范圍的包將被路由到寄存器設置的默認端口。Hierarchical mode可尋址的最大范圍為6 400。以Flatmode為例，如圖2所示為一個典型的該模式的路由方式。Tsi578收到包后先進行完整性檢查，例如CRC校驗等，并通過物理層發送確認信號給源器件，再由邏輯端口定位到目的ID。如果ID256則查找本地查找表，如包A目的IDox12對應的輸出端口為端口2，那么該包的輸入端口將與端口2連通；若目的ID≥256而512則查找全局查找表，如包C目的IDox145對應的輸出端口為端口9，那么該包的輸入端口將與端口9連同；所有目的ID>512的包將被發送到默認端口14。本文引用地址：http://www.104case.com/article/148313.htm
在具體應用中，通過對Tsi578內部寄存器進行正確的配置來實現其路由、鏈路維護和系統重構等功能。配置方式包括：(1)通過I2C總線從E2ROM中讀取配置信息。(2)通過配置軟件經JJAG接口在線配置。(3)發送RapidIO維護包對寄存器進行配置。
上述配置方式中，第一種在Tsi578上電時完成對寄存器的配置，通過刷新E2ROM中的內容實現靜態的鏈路重構；第二種為系統調試狀態時采用的配置方式，可隨時更改配置信息；第三種方式在系統正常工作的情況下可通過發送維護包隨時更改配置信息，實現鏈路的動態重構。正是由于Tsi578配置的靈活性，大大方便了可重構分布式并行處理網絡設計的設計。
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