CompactPCI Serial 星型拓扑

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工业计算机采用模块化设计的一个主要动力是标准部件可以更好的重复使用,降低原材料的消耗也是对环境的保护。随着PCI并行总线逐渐消亡,计算机技术已经走向了星型拓扑架构。一个计算机系统的中心是CPU芯片组,通过点到点连接控制周边设备,从而实现了高数据带宽与高性能。这一架构100%适用于CompactPCI Serial系统,消除了对桥接电路与交换的需要,最终实现模块化计算机的成本效益。当然,这并不意味着你不能集成交换功能,如果需要建立一个复杂系统,你仍能在CompactPCI Serial上轻松实现。不过,调查显示没有交换的简单系统占据全部CompactPCI系统90%的市场份额。 

实现星型拓扑在技术上的一个挑战是如何设计中心节点即系统槽。串行总线需要许多链路连接,以PCI Express为例,至少有一个差分对是时钟,一个差分对接收数据,一个差分对发送数据。为了增加带宽,你可能增加链路,因此一个点到点连接可能需要9个差分对甚至更多,因为高数据传输率(目前是 6 Gb/s) 需要保障信号完整性还有附加的地线。

星型拓扑是灵活而通用的,它能够控制尽可能多的不同设备。PCI Express是PCI的换代技术,通常用在计算机系统中完成与控制器芯片的通信,它是传统“总线”的扩展,与PCI软件兼容。今天的海量存储设备采用SATA控制,特别是计算机内置的硬盘,一个RAID系统的硬盘一般安装在插卡上,就是一个典型的例子。USB是另外一个例子,今天的计算机没有USB简直不可想象,它有三个主要应用:移动存储的U盘或数据备份移动硬盘、无线接口卡(GSM, UMTS, GPS, WIFI)和USB串口扩展卡。过去需要通过RS232/RS485接口控制的设备现在通过USB串口转换器了。计算机之间一般采用以太网互连,这也是星型拓扑的一个节点。

模块化计算机在使用时是简单而透明的,每一个周边槽都具有相同的性能,支持全部的接口,用户不需要考虑这个槽适合插哪个卡。

StartopologywithCompactPCISerial

图1 Star topology with CompactPCI Serial 

CompactPCI Serial标准支持8个周边卡, 不论3U还是6U,每一个周边卡都支持PCI Ex-press、SATA、USB和Ethernet。系统槽控制每一个周边卡,每一个周边槽信号包括1 PCIe x4、1 SATA、1 USB 2.0、1 USB 3.0 和 1 Ethernet。所有周边槽都是对等的,任意一个插卡可以安装在任意一个插槽。

这就是一个具有8个节点的星型拓扑系统,所有的节点都是确定而对等的。唯一的例外是有两个槽支持附加的PCIe x8,主要是为了三类应用:

一个典型应用是图形应用。对于模块化计算机而言,芯片组集成的图形功能在大多数情况下是足够的,但有一些应用需要更好的图形输出性能,而图形卡通常是PCIe x16设计,两个图形卡则是每一个分配PCIe x8,因此CompactPCI Serial可以支持这种架构。由于图形芯片能够驱动四个屏幕显示,这意味着两块图形卡能够支持八个屏幕。例如,在铁路信号控制室或其它关键业务应用中就会见到这样的实例。与此同时,这样的两个显卡也提供了最高性能,因为它们是由芯片组直接驱动的最优化的设计。由于PCI Express可以自动适应带宽条件,你能够将显卡插入CompactPCI Serial系统的任意一个槽。

第二个典型应用是网络应用。在运营级电信应用中,以太网控制器与交换需要高带宽,许多时候,基于DSP或FPGA的板卡得益于PCIe x8,这些电信级板卡一般采用6U设计,充分利用CompactPCI Serial标准后I/O功能的灵活性,6U板卡利用后I/O可以实现包括光纤在内的各种连接。

第三个应用是设计八槽以上的CompactPCI Serial系统。对于高端应用,你不是在系统槽上安装处理器板,而是交换板。CPU安装在周边槽,采用PCIe x8通过交换板通信。这样就可以设计出总线分段的CompactPCI Serial背板,实现9+8或9+16 插槽的复杂系统。

CompactPCI Serial架构简洁而清晰,既可以建立经济高效的模块化计算机,又具有充足的灵活性设计高性能计算机。采用PCI Express 3.0技术,CompactPCI Serial系统数据带宽的理论值达到点到点8 GB/s和系统80 GB/s。

CompactPCISerial–aspecialkindofstar

图2 CompactPCI Serial – a special kind of star

 

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2019年5月8日 21:03
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