PCI-Express非透明橋在智能 系統(tǒng)中的應用設計

0 引言
在系統(tǒng)設計中，設計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)盡可能簡單、有效。而PCI Express、基于PCI Express的高級交換架構(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)設計提供了一個非常有發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案。

1 PCI Express技術簡介
PCI Express技術是一個比較新的互連標準。該技術適用于高性能的芯片到芯片、板子到板子、背板和機箱之間的互連。它是PCI標準的一個演進版本，因此，在軟件結構上仍保持著對PCI的兼容性。
PCI Express是基于層次化的、高速的串行通信技術。其協(xié)議?？煞譃槲锢韺印?shù)據(jù)鏈路層和傳輸層。
其中，物理層包括低電壓差分信號的高速串行接口、8B／10B編碼以及AC耦合差分信號。通常把一組LVDS雙絞線稱為一個通道(lane)，而且PCI Express允許將多個通道合并成一個更大更寬的端口，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實體交換數(shù)據(jù)包，同時支持數(shù)據(jù)完整性(data integrity)和順序性檢查，以及數(shù)據(jù)包的確認和流量控制的能力。
PCI Express技術系統(tǒng)中的傳輸層可在主機和終端設備間傳送讀／寫請求，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，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，分層結構使物理層的變化不會影響到它的上層。如PCI Express1．x標準的時鐘頻率是1．25 GHz，2．0標準的則為2．5 GHz，3．0標準的是4 GHz。圖l所示是PCI Ex-press協(xié)議棧結構。

PCI Express的QOS可通過定義8個運輸?shù)燃?TC-Traffic Classes)、八個虛擬通道(VC-VirtualChannel)、TC到VC的映射以及VC的仲裁機制來實現(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)范可以使得當前使用PCI／PCI-X的應用系統(tǒng)能夠平滑的轉移到PCI Express。圖2所示是一個典型的PCI Express系統(tǒng)，其中包含有根復合體(root complex)、PCIExpress交換開關(switch)、橋(bridge，PCI Expressto PCI-X，PCI Express to PCI)以及端點(end-point)等設備。

2 PCI Express非透明橋
與PCI／PCI-X一樣，PCI Express本身也是開發(fā)維護一個以單一主機為中心的系統(tǒng)架構，但是人們一直使用非透明橋把他們用在多主機的環(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，即在非透明橋的兩邊都有智能設備或處理器，并且他們擁有獨立的地址空間。而且，非透明橋一邊的主機不能看到橋另一邊的完整地址或I／O空間。每個處理器把非透明橋的另一邊看做一個端點(endpoint)，并把它映射到自己的地址空間。