PCI-Express非透明橋在智能 系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

0 引言
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們面臨的重要挑戰(zhàn)是既要支持高可靠性(HA，High Availability)，又要使系統(tǒng)盡可能簡(jiǎn)單、有效。而PCI Express、基于PCI Express的高級(jí)交換架構(gòu)(Advanced SwitchingArchitecture)、基于PCI Express的QOS(Quality-Of-Service)特性以及PCI-Express非透明橋的出現(xiàn)，共同為這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)非常有發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案。

1 PCI Express技術(shù)簡(jiǎn)介
PCI Express技術(shù)是一個(gè)比較新的互連標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)適用于高性能的芯片到芯片、板子到板子、背板和機(jī)箱之間的互連。它是PCI標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)演進(jìn)版本，因此，在軟件結(jié)構(gòu)上仍保持著對(duì)PCI的兼容性。
PCI Express是基于層次化的、高速的串行通信技術(shù)。其協(xié)議棧可分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層。
其中，物理層包括低電壓差分信號(hào)的高速串行接口、8B／10B編碼以及AC耦合差分信號(hào)。通常把一組LVDS雙絞線(xiàn)稱(chēng)為一個(gè)通道(lane)，而且PCI Express允許將多個(gè)通道合并成一個(gè)更大更寬的端口，如x1，x2…直到x32。物理層接口可支持熱插拔(hot-plugging)。
數(shù)據(jù)鏈路層可支持與臨近PCI Express實(shí)體交換數(shù)據(jù)包，同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)完整性(data integrity)和順序性檢查，以及數(shù)據(jù)包的確認(rèn)和流量控制的能力。
PCI Express技術(shù)系統(tǒng)中的傳輸層可在主機(jī)和終端設(shè)備間傳送讀／寫(xiě)請(qǐng)求，并可選擇性的提供傳輸層的端到端(end-to-end)數(shù)據(jù)包的完整性檢查(CRC-32)。
一直以來(lái)，PCI Express傳輸系統(tǒng)中的物理層的速度一直在不斷的提高，但是，分層結(jié)構(gòu)使物理層的變化不會(huì)影響到它的上層。如PCI Express1．x標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘頻率是1．25 GHz，2．0標(biāo)準(zhǔn)的則為2．5 GHz，3．0標(biāo)準(zhǔn)的是4 GHz。圖l所示是PCI Ex-press協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。

PCI Express的QOS可通過(guò)定義8個(gè)運(yùn)輸?shù)燃?jí)(TC-Traffic Classes)、八個(gè)虛擬通道(VC-VirtualChannel)、TC到VC的映射以及VC的仲裁機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
PCI-SIG組織則定義了從PCI Express串行接口到PCI／PCI-X的橋接規(guī)范。該規(guī)范可以使得當(dāng)前使用PCI／PCI-X的應(yīng)用系統(tǒng)能夠平滑的轉(zhuǎn)移到PCI Express。圖2所示是一個(gè)典型的PCI Express系統(tǒng)，其中包含有根復(fù)合體(root complex)、PCIExpress交換開(kāi)關(guān)(switch)、橋(bridge，PCI Expressto PCI-X，PCI Express to PCI)以及端點(diǎn)(end-point)等設(shè)備。

2 PCI Express非透明橋
與PCI／PCI-X一樣，PCI Express本身也是開(kāi)發(fā)維護(hù)一個(gè)以單一主機(jī)為中心的系統(tǒng)架構(gòu)，但是人們一直使用非透明橋把他們用在多主機(jī)的環(huán)境中。
非透明橋的功能和透明橋很相似，其主要差別只有一點(diǎn)，即在非透明橋的兩邊都有智能設(shè)備或處理器，并且他們擁有獨(dú)立的地址空間。而且，非透明橋一邊的主機(jī)不能看到橋另一邊的完整地址或I／O空間。每個(gè)處理器把非透明橋的另一邊看做一個(gè)端點(diǎn)(endpoint)，并把它映射到自己的地址空間。