选择正确的串行总线系统

传统并行总线结构已很好地服务于网络、通信、服务器和存储设备设计人员20多年。标准基总线，从VME和PCI到最近的Compact PCI 和PCI-X，为数据传输提供一贯地可靠、可扩缩、经济的机构。
现在，这些方案已达到其性能极限。随着处理器和I/O器件速度的提高，需要更高速度的系统总线来连接这些器件。
然而，只有两种方法能促进并行总线性能：增加时钟率或加宽总线。定时歪斜问题和线阻抗、信号负载和线迹路由对信号歪斜的贡献可增加功耗和增 多I/O引脚数，从而增加成本。
现在，业界已转向不同的串行总线标准来设计较高带宽的系统。靠消除数据和时钟线之间的歪斜，这些自定时总线结构支持每个引脚更快的数据率和更高带宽。
业界已不选择围绕聚集专门串行总线技术用于所有的应用。替代方法是开发人员为不同的应用精巧设计不同串行互连标准。每种技术具有自己本身的性能特点、成本结构、管理能力以及服务和可靠性级别。每种技术也为扩展提供截然不同的机会。
对于大量的有线和无线通信应用，设计人员必须加载有关的千兆位Ethernet和先进的开关互连（ASI）标准。从成本及容易使用的观点来看，广泛采用的千兆Ethernet标准，提供一个有吸引力的解决方案。大多数设计人员都熟悉Ethernet，它的巨大生产规模使其成本此其他方案要低。
然而，它有限的性能，也限制了它的应用范围。此标准不能支持载波类服务质量（QoS）或提供性能保证。有限的Ethernet开关能力，限制了它的通信管理能力以及不可靠性问题。它允许降低信息包，对于端对端可靠性采用效率低的TCP/IP层，而且提供最低的流控制能力。

图1 设计ASI支持载波类性能

图2 PCIe提供额外的I/O槽和板上连接

ASI为支持载波类性能而设计的（见图1）。它提供QoS、高可靠性、性能路图（扩展到10Gbit/S以上）和宽广的伸缩性。ASI允许开发人员实现数据和控制、通信的多点、同层间开关互连链路。对于流控制，此结构对于每个虚拟信道采用结构间的信用基机构和出口链路屏蔽供数据通信层分和隔离。
在通信容量接近光纤能力时，为避免拥挤，协议提供的功能包括状态基流控制机构、最小带宽调度器和端点源限制。靠事件处理和管理的专门协议接口，使此标准有最大的可用性。链路层、处理层首标和有效负载CRC保证端到端信息包完整性并提供错误通告。它也增加了可靠的安全性能和多计算能力。
ASI提供非常有竞争性的成本结构。做为PCI Express（PCIe）结构的扩展设计，ASI重新采用PCIe的物理和数据链路层，并增加一个改进的处理层，为满足高性能背板互连要求提供所需的功能。这使得它能提供高性能特性，但另一方面也影响与广泛采用的PCI架构有关规模的软件基础和经济性。
在企业服务器和存储领域，系统数据率继续上升。在芯片间和背板对较高速度、较容易实现和低成本串行互连的需求正在增长。
提供与传统PCI系统安装无缝兼容的PCI串行互连标准保留与PCI系统安装基座软件兼容，并宽范围认可芯片到芯片标准。其规范规定支持2.5Gbit/s固有数据率的信息包协议和层结构性能。另外，它增加QoS、集成功率管理、热插能力、每个引脚有效的高带宽、错误报告、恢复和校正。
在服务器应用中，PCIe提供额外I/O槽和板上连接。这种情况更像出现在2路和4路服务器中的情况。用PCIe到PCI-X桥（见图2）支持到PCIe传统槽。随着存储系统开始转移到PCIe，将要求开关能支持I/O扩展,以便用于高性能、数据密集的端点（如光纤信道和RAID适配卡以及冗余1：1结构），通过采用非透明桥接（图3）可以实现。
PCIe开关和桥最终将提供设计人员I/O扩展的最经济方法，同时保留到传统PCI/PCI-X系统的桥接。
对于中到高端服务器和存储应用中的高性能背板互连，ASI描准解开聚集结构、I/O虚拟化和处理器间通信的将来要求。扩展PCIe架构将推进ASI的性价比优势。
某些嵌入式处理和DSP基应用（如无线基站应用中的DSP）要求比较简单的数据传输和协议管理方法。这些高度计算应用通常要求系统在信号处理器之间快速传输数据。通常，它们不需要与高速系统背板有关的QoS或协议管理功能。
对于这样的应用，串行RapidIO(sRIO)标准有不少优点。描准处理器互连应用的一个简单芯片间串行链路，sRIO消除了与Ethernet标准有关大量处理辅助操作。它是为短有效负载处理器之间通信（如基站中用AAL2基ATM单元承载信息包语音）设计。采用点到点链路，sRIO允许处理器通过源直接寻址（处理包含目标器件的明确地址）与另外处理器互接通信。用嵌入在开关中的路由表格，路由数据到它目标地。为了支持跨接这些链路的实时数据流和使等待时间最小，sRIO在硬件中增加错误检测和恢复。
某些高端计算应用，具有大量并行、多处理配置的处理器。Infiniband是把低等待时间、高可靠性和宽伸缩性结合在一起的第一个标准。此标准的软件增强协议、复杂的寻址和路由配置支持几百或几千节点的机箱间互连。■（京湘）