PCI Express 在嵌入式系统中的应用-设计应用

精品文档-下载后可编辑PCIExpress在嵌入式系统中的应用-设计应用在过去几十年里，PCI总线是一种非常成功的通用I/O总线标准，尤其在嵌入式系统应用中，经常会看到PCI总线的踪影，但它将不能满足未来计算机设备的带宽需要。随着制造工艺的发展，将会出现10GHz的CPU，高速的内存和显卡，甚至1Gbps和10Gbps的网卡等其他需要“无限”内部带宽的设备。由Intel公司推出的第三代I/O总线结构PCIExpress（3GIO）就是顺应这种需要产生的。它不但能与原来的PCI设备兼容工作，还可以增强原有设备的性能。其特点就是高性能，高扩展性，高可靠性，好的升级性及低的成本[1][2]。

2022年7月23日，PCI-SIG正式公布了PCIExpress1.0规范，并且根据其开发蓝图，将在2022年正式推出2.0规范。

PCIExpress有两个版本：基础版和交换版。

基础版的特点是：与PCI软件兼容;很少的引脚数量（串行）;高速率（2.5Gbps/通道）;可扩展（到32通道）;CRC（链路，端到端）;热插拔;QoS（QualityofService）能力。

交换版的特点是：物理层和数据链路层与基本版兼容;基于源的路由;多协议封装;堵塞管理;多播/广播。

PCIExpress的拓扑结构包括一个主桥和若干终点（EndPoint）（对应若干输入输出设备），见图1。多点对点联结技术将新的特性-开关技术-引入了输入输出总线拓扑结构。开关技术替代了原来的多点复用（multi-drop）总线技术，在不同的终点间它提供对等联结的方式，将各个终点的数据分开传输，汇总到主桥内[3]。

PCIExpress的基本特征：

●串行LVDS链接，见图2;

●基于互换的拓扑结构;

●每个通道的每个方向数据传输速率为2.5Gbps;

●连接通道为32个;

●带宽可扩展（×32）。

●CRC（链路，端到端）;

●热插拔;

●NTB链接的多HOST结构;

●与PCI/X兼容;

●电源管理。

下表中列出了PCIExpress特点所带来的使用上的优点。

表一：

表二是将PCIExpress与PCI/X进行的对比。

注1.并行总线通常包含地址/数据信号和一些边带信号。边带信号用来表示总线上数据的方向和事务处理的类型，还能用于表示中断或总线主控请求。

注2.一个典型的PCIExpress连接使用两个LVDS（低电压差分信号）对，一对用于发送，一对用于接收。在这个结构中没有边带信号，见图3。[3]

图3典型的PCIExpress连接

图4PCIExpress在嵌入式控制系统的应用

注3.PCIExpress信道能*以增加总带宽，可用的带宽直接与通道的数目成比例。其有效组合为×1，×2，×4，×8，×12，×16，×32，通道数加倍带宽也加倍。如一个10Gbps的以太网控制器可以使用4条PCIExpress来与控制器的带宽相匹配。

由于PCIExpress的突出特性，决定了它可以用于很多领域，诸如服务器、成像系统、存储系统、通信系统、工业控制等，影响比较大的可能还是嵌入式系统，图4给出了其应用于嵌入式系统的应用拓扑结构。可以看出，在这种拓扑结构中本地端设备通过PCIExpress桥连接在一起，不再是通过PCI桥连接。依赖开关技术，本地端设备就可以“无限”的扇出，且传输速率不会下降，而传统的依靠PCI桥连接的设备由于多点复用总线技术的限制，每一路本地端设备的传输速率会下降。在嵌入式应用方面，另外一个比较让人关注的应该是ExpressCard，这种具有USB2.0接口的小型卡，其硬件成本低，功能性好，将会取代笨重的PC卡和发挥CompactFlash的优点。但是这种卡进入嵌入式市场的速度不会很快，因为PCIExpress将涉及硬件支持形式和特点的重大改变，对现有板卡的板形标准仍待制定[4]。

由于PCIExpress技术卓越的特性，很多公司都投入了大量的精力来促进该技术的推广。在2022年秋天的Intel开*坛上，PLX个演示了基于PCIExpress的ATCA（AdvancedTelecomComputingArchitecture）系统。各芯片组厂商也忙于开发支持PCIExpress的芯片。

Mellanox技术公司已经公布了相关的芯片产品。

Intel的i915PGrantsdale和i925×Alderwood芯片组将包括用于图形的×16连接，并支持333/400MHz的DDR和400/533MHz的DDR2。Intel的南桥芯片ICH6将有4条PCIExpress×1连接和4个串行ATA150端口。ICH6的俗称是Azalia，可以为PC提供192KHz，32位的多通道音频支持。

威盛的北桥芯片保留了传统的AGP支持，其新的VT8251南桥芯片还将包括两个×1PCIExpress连接，4个串行ATA端口，Gb级以太网和8通道192KHz，24位音频支持。

SiS的代PCIExpress南桥芯片SiS965L将包括两个×1连接，8通道音频，两个串行ATA端口和Gb级以太网支持。该公司已经量产SiS965和9652南桥芯片。

VIA和Ali也计划今年第3季度量产PCIExpress南桥芯