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采用Xlinx公司的Virtex5系列FPGA设计了一个用于多种高速串行协议的数据交换模块,并解决了该模块实现中的关键问题。该交换模块实现4X模式RapidIO协议与4X模式PCI Express协议之间的数据交换,以及自定义光纤协议与4X模式PCI Express协议之间的数据交换,实现了单字读写以及DMA操作,并提供高速稳定的传输带宽。
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基于基于FPGA实现的高速串行交换模块实现方法研究实现的高速串行交换模块实现方法研究
采用Xlinx公司的Virtex5系列FPGA设计了一个用于多种高速串行协议的数据交换模块,并解决了该模块实现中
的关键问题。该交换模块实现4X模式RapidIO协议与4X模式PCI Express协议之间的数据交换,以及自定义光纤
协议与4X模式PCI Express协议之间的数据交换,实现了单字读写以及DMA操作,并提供高速稳定的传输带
宽。
随着
高速串行接口是系统互联的核心,业内使用较多的是应用于嵌入式系统互联的串行
由图1可知,Fibre采集卡控制磁盘阵列的文件系统,PCIE转存卡接收数据采集设备的数据。2块板卡插在服务器提供的
PCIE插槽上,通过PCIE协议交换数据。Fibre采集卡是成熟的硬件设备,而针对不同的数据采集设备只需要提供不同接口的
PCIE转存卡。因此针对于应用最广泛的RapidIO和光纤接口协议,实现PCIExpress到RapidIO以及光纤协议的
本文以光纤存储为背景,用Xilinx公司的XC5LX50T实现4X模式串行RapidIO到4XPCIE的数据交换以及2X模式的光纤接口
到4X模式的PCIE的数据交换。本文给出了整个交换模块的原理框图并解决了RocketIO模块设计上的关键问题。
1 XC5LX50T及及RockerIO模块的主要特点模块的主要特点
XC5LX50T是Xilinx稳定可靠的第五代FPGA 中最有代表性的一款芯片,其内部集成一个可以用于Endpoint的PCIE硬核,该
硬核可以支持1X模式、4X模式以及8X模式,并且遵循PCI Express Base Specification1.1协议,每一路的数据率为2.5 Gb/s,
总的最大理论带宽为2 Gb/s(8 B编码后的带宽)。
XC5LX50T提供了12个用于高速串行的RocketIO收发器,不同于前几代的产品,XC5LX50T的收发器可以支持6 Gb/s以上
的数据率而且设计更为简单,工作更加稳定,其低功耗特性更加理想。RocketIO模块可以支持串行RapidIO、xaui、fibre
channel等标准协议。由于性能稳定、传输带宽高等特点,串行RapidIO已经成为嵌入式系统中最理想的互联协议之一,尤其
在军事以及国防这些对于高速互联需求日益迫切的领域中,串行RapidIO逐渐成为最为主流的数据交换协议。
光纤由于其带宽高、传输稳定以及接口简单等特点,被广泛应用于很多领域,例如光线存储、系统互联。XC5LX50T的
RocketIO提供自定义的光纤协议,最高支持3.125 Gb/s。
有些领域中存在着将RapidIO协议的数据上传至有标准PCIE接口的服务器中进行处理的应用,也存在着将光纤接口的数据
通过有PCIE标准协议的服务器存储到fibre channel协议的磁盘阵列中的应用。因此本文所设计的交换模块在嵌入式系统的应用
中是十分必要的。
2 高速串行交换模块的基本功能高速串行交换模块的基本功能
图2为交换模块功能图。
(1)4X串行RapidIO数据与4XPCI Express数据的交换。这种交换模式分为主动和被动2种,主动模式指数据通过RapidIO协
议输入到交换模块中,经过交流耦合电路和协议转换FPGA以PCIE协议传输到另一模块。被动模式指数据通过PCIE协议输入
到交换模块中,经过协议转换FPGA以串行RapidIO协议传输到另一模块。
(2)2 bit光纤接口数据与4XPCI Exress数据的交换。这种交换模式同样分为主动和被动2种,主动模式指数据通过光纤接口输
入到交换模块中,经过交流耦合电路以及协议转换FPGA以PCIE协议传输到另一模块。被动模式指数据通过PCIE协议输入到
交换模块中,经过协议转换FPGA以自定义光纤协议通过光纤接口传输到另一模块。
3 高速串行交换模块的基本原理高速串行交换模块的基本原理
3.1 RapidIO协议到协议到PCIE协议的转换协议的转换
RapidIO协议到PCIE协议交换分为3个步骤:
(1)根据串行RapidIO协议将打包数据解析;
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