用FPGA構(gòu)建PCI Express端點(diǎn)器件最佳平臺

　　PCI Express是一種使用時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)技術(shù)的高速串行I/O互連機(jī)制。PCI Express第一代規(guī)范規(guī)定的線速率為每通道2.5Gbps，可以讓您建立具備單通道(x1)鏈路2Gbps(經(jīng)8B/10B編碼)直至32通道64Gbps吞吐量的應(yīng)用。這樣就能在保持或改進(jìn)吞吐量的同時，顯著減少引腳數(shù)量。另外，還可以減小PCB的尺寸、降低印制線和層的數(shù)量，并簡化布局和設(shè)計。引腳數(shù)量減少，也就意味著噪聲和電磁干擾(EMI)降低。CDR消除了寬并行總線中普遍存在的時鐘-數(shù)據(jù)歪斜問題，簡化了互連實(shí)現(xiàn)。

　　PCI Express互連架構(gòu)主要針對基于PC的系統(tǒng)，但就像PCI一樣，PCI Express也很快轉(zhuǎn)移到其他系統(tǒng)類型，如嵌入式系統(tǒng)。它規(guī)定了三種類型器件：根聯(lián)合體(root complex)、交換器件和端點(diǎn)(圖1)。根聯(lián)合體大致等同于PCI主機(jī)，CPU、系統(tǒng)存儲器和圖形控制器與之相連接。由于PCI Express的點(diǎn)對點(diǎn)特性，必須使用交換器件來增加系統(tǒng)功能的數(shù)量。PCI Express交換器件將上游端的根聯(lián)合體器件連接到下游端的端點(diǎn)。

圖1：PCI Express拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　端點(diǎn)功能類似于PCI/PCI-X器件。最常用的端點(diǎn)器件有以太網(wǎng)控制器或存儲主機(jī)總線適配器(HBA)。FPGA最常用于數(shù)據(jù)處理和橋接功能，所以其最大目標(biāo)功能就是端點(diǎn)。FPGA實(shí)現(xiàn)非常適合于視頻、醫(yī)療影像、工業(yè)、測試和測量、數(shù)據(jù)采集和存儲應(yīng)用。

　　PCI-SIG(PCI特別興趣小組)采用的PCI Express規(guī)范規(guī)定每個PCI Express器件使用三個不同的協(xié)議層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和事務(wù)層。您可以使用單芯片或雙芯片解決方案來構(gòu)建PCI Express端點(diǎn)。例如，使用Xilinx Spartan-3器件之類的低成本FPGA，您可以用商用離散PCI Express PHY(圖2)來構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路和事務(wù)層。此選項(xiàng)最適合于x1通道應(yīng)用，如總線控制器、數(shù)據(jù)采集卡和提高性能的PCI32/33器件?；蛘?，您可以使用類似Virtex-5 LXT或SXT FPGA的單芯片解決方案，它們具備集成的PCI Express PHY。此選項(xiàng)最適合于通訊或高清晰音頻/視頻端點(diǎn)器件(圖3)，它們對性能的要求更高：x4(8Gbps吞吐量)鏈路或x8(16Gbps吞吐量)鏈路。

圖2：基于Spartan-3 FPGA的數(shù)據(jù)采集卡。