高速串行總線技術發展與應用分析

流量控制

流量控制貫穿互連規范的物理、傳輸和邏輯層。流量控制功能非常重要，可確保系統在各種條件下都能正確和魯棒性地操作，這些條件包括部分故障和過載。流量控制機制允許盡可能高效和完整地使用可用帶寬。為了盡量減少由于超配高頻串行鏈路而浪費的帶寬和功率，流量控制策略正變得越來越重要。

目前還不可能討論統一的以太網流量控制策略，因為許多不相干的以太網消息處理標準都有特殊協議流量控制策略來避免丟包。一般來說，這些標準的流量控制策略基于的是檢測到丟包時降低傳送速率。流量控制策略一般用軟件實現，并且要求很強的緩存能力來實現重傳。

PCIe流量控制僅限于物理層。PCIe流量控制機制基礎是跟蹤數據包頭和數據塊的信用，并且對投遞、非投遞和完整事務的跟蹤是分開的。

RapidIO 規定了物理層和邏輯層的流量控制機制。物理層流量控制機制設計用于處理幾個毫秒周期的擁塞。在物理層，RapidIO提供PCIe風格的流量控制，并輔之以簡單的重傳機制。簡單的重傳機制能很高效地實現，與PCIe風格的流量控制相比性能損失最少。RapidIO物理層流量控制還包括基于虛擬輸出隊列的反壓機制。這種在RapidIO 2.0中引入的機制允許交換機和端點了解哪些目的地是擁塞的，并將業務發送到未擁塞的目的地。這種特性可以實現分布式決策制定，確保可用的網絡帶寬得到最大化的利用。決策制定的時延很低，因為擁塞信息使用控制符進行交換，而這些控制符如前所述可以被嵌入RapidIO包。

虛擬的輸出隊列反壓機制如圖4所示。

圖4：RapidIO虛擬輸出隊列反壓機制。
在圖的上面部分，數據源發送數據的速率比端點(EP)1接收數據包的速率快得多，這將導致一個擁塞狀態控制符由EP1發送到交換機2，它級聯在消息后面返回給源端。當交換機2在與EP1連接的端口上檢測到擁塞時，交換機2也能產生擁塞狀態控制符。一旦源接收到擁塞狀態控制符，它就開始將數據包發送給EP2，并降低到達EP1的數據包發送速率。

RapidIO的邏輯層流量控制機制設計用于避免網絡中的擁塞，方法是計量發到網絡的確認數據包數量，從而在網絡級管理擁塞。這種方法與基于以太網的軟件協議非常相似。針對特殊流程的數據包接納可以通過XON/XOFF類協議，以及基于速率和信用的流量控制進行管理。也許最重要的是，這些流量控制機制也能用于應用層來提高軟件應用性能。最好的一點是，這些流量控制機制可用硬件實現，從而釋放寶貴的CPU資源，為用戶提供更高的價值。RapidIO流量控制機制可以確保基于RapidIO的系統能以高效、可預測的方式使用可用帶寬。

本文小結

以太網、PCIe和RapidIO都是基于相似的SerDes技術，因此SerDes技術不再是這些技術的差異點，而是它們使用可用帶寬的方式。每種技術都有最適合的專門應用領域。

以太網最適合地理上分散的、具有長時延并且??絡配置的網絡。PCIe則能對單板上的分層總線結構提供最理想的支持。這兩種技術都可用于板上、板間和設備間通信，而且在許多應用場合被同時用于同一系統。RapidIO能將這兩種互連的優勢結合到單個互連中，并可顯著節省功率和成本。

RapidIO 是嵌入式系統的最佳互連選擇。RapidIO具有與PCIe和以太網相似的功能，并具有其它互連技術無法復制的功能，如：低時延、低抖動的系統事件分發；組合式鏈路層和網絡層流量控制機制；可配置的誤碼檢測和模糊拓撲路由可實現高效的備份、高可靠性和可用性；讀/寫和進程間通信消息語義的硬件實現。這些功能允許系統架構師創建性能更高、功耗更低并且更容易擴展的系統。