通信網(wǎng)banner.jpg)
相關(guān)專題：
0 引 言
在過(guò)去幾年里，由于數(shù)據(jù)輸入／輸出的要求不斷提高，使用戶對(duì)數(shù)據(jù)總線帶寬提出更高的要求，由此產(chǎn)生了很多基于高速序列構(gòu)架的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。包括PCI Ex-press，HyperTransport，InfiniBand，RapidIO和Star-Fabric等。
2002年第2季度PCISIG組織發(fā)布了PCI Express1．0規(guī)范，定位于設(shè)計(jì)成一種系統(tǒng)互連接口。該組織又于2005年第3季度發(fā)布PCI Express規(guī)范在工業(yè)控制領(lǐng)域的規(guī)范PICMG EXP．0 CompactPCI Express Specification R1．0，被稱之為CompactPCI Express(在下文中簡(jiǎn)稱為CPCIe)規(guī)范。
CPCIe系統(tǒng)可以兼容CPCI模塊，具體的實(shí)現(xiàn)方法是在系統(tǒng)中加入CPCIe到CPCI的橋接模塊，該模塊被稱為混合橋接模塊。
進(jìn)行混合橋接電路的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：
(1)PCI部分接口的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；
(2)PCIe總線接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
1 設(shè)計(jì)原理
如圖1所示，該模塊由XSJ4連接提供3．3 V電源，在板上使用DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊，將3．3 V電壓轉(zhuǎn)換為1．5 V電壓，提供給PEX8111使用。PEX8111的上行端口(Upstream)為x1的PCI Express接口，下行接口(Downstream)為32位／33 MHz的PCI總線，該P(yáng)CI接口可以實(shí)現(xiàn)PCI總線的Host功能。
2 實(shí)現(xiàn)方法
2．1 主要原器件選擇
在該設(shè)計(jì)中采用成熟技術(shù)，選用常用、可靠的控制芯片，結(jié)合一些常用的外圍電路和專用電路實(shí)現(xiàn)全部的功能，即選擇PEX8111作為接口芯片，利用功能芯片實(shí)現(xiàn)硬件邏輯。
PEX8111是PLX公司推出的專門用于PCI Ex-press和PCI總線之間橋接的芯片，它包含1個(gè)x1的PCI Express端口和1路32位PCI接口。它的外圍電路少，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
2．2 PCI Express硬件接口實(shí)現(xiàn)
每個(gè)PCI Express的端口包括兩部分信號(hào)，端口控制信號(hào)和通信信號(hào)。端口控制信號(hào)包括熱插拔控制信號(hào)、時(shí)鐘使能信號(hào)、電源使能信號(hào)等。通信信號(hào)主要由lane信道組成，每個(gè)lane信道包含收發(fā)差分信號(hào)對(duì)各一個(gè)，每個(gè)PCI Express的端口包含的lane信道數(shù)是可以伸縮配置的，也就是說(shuō)包含lane信道的數(shù)目是可變的，在該模塊中單個(gè)端口包含1個(gè)lane信道。在lane信道上傳輸?shù)氖歉咚俨罘中盘?hào)，在每個(gè)信號(hào)差分對(duì)上信號(hào)的最高的傳輸速率可以達(dá)到2．5 Gb／s。在兩個(gè)設(shè)備之間互連的lane信道需要加入電容隔離直流信號(hào)，考慮到傳輸信號(hào)的頻率，電容的封裝尺寸一般為0402，小的尺寸可以降低電容的串聯(lián)等效電感，提高電容在高頻信號(hào)區(qū)域的使用性能。
2．3 時(shí)鐘設(shè)計(jì)
發(fā)送器以2．5 Gb／s的速率定時(shí)輸出數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)該速率的時(shí)鐘必須精確在中心頻率±300 ppm內(nèi)，它最大允許每1 666個(gè)時(shí)鐘偏離1個(gè)時(shí)鐘。設(shè)備獲取時(shí)鐘輸入的方式有兩種：采用本板時(shí)鐘和使用外部輸入時(shí)鐘，該設(shè)計(jì)使用外部時(shí)鐘。如果使用擴(kuò)展頻譜定時(shí)(Spread Spectrum Clocking，SSC)功能，一般都要求鏈路上的發(fā)送器和接收器必須使用同一參考時(shí)鐘，SSC是一種用于緩慢調(diào)制時(shí)鐘頻率的技術(shù)，以便降低時(shí)鐘中心頻率處的EMI輻射噪音。有了SSC，輻射的能量就不會(huì)產(chǎn)生2．5 GHz的噪音尖峰信號(hào)，因?yàn)檩椛淠芰勘环稚⒌?．5 GHz周圍小的頻率范圍。
本模塊需要為外接的PCI設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，如圖2所示。33 MHz晶體作為時(shí)鐘源，通過(guò)零延時(shí)緩沖器CY2305輸出5路時(shí)鐘，并分別作為PEX8111和4個(gè)外接PCI設(shè)備的時(shí)鐘源。零延時(shí)緩沖器是一種可以將一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)扇出多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，并使這些輸出之間有零延時(shí)和很低偏斜的器件，所以可以認(rèn)為4個(gè)外接PCI設(shè)備工作在同一時(shí)鐘下。
2．4 PCI接口設(shè)計(jì)
該P(yáng)CI接口實(shí)現(xiàn)的功能為PCI的HOST功能，包含總線信號(hào)和仲裁信號(hào)。在進(jìn)行該模塊設(shè)計(jì)時(shí)需要注意連接器J1的信號(hào)定義與標(biāo)準(zhǔn)的J1接口有一些差別。因?yàn)槿绻麑CI總線信號(hào)完整的引出需要兩個(gè)連接器J1，J2配合使用，但是因?yàn)楦咚龠B接器XSJ3處于原本J2的位置上，因此在缺少部分信號(hào)針的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)完整PCI host功能，采取使用了特殊的CPCIJ1連接器的方法解決這個(gè)問題，這種連接器比普通J1連接器多出15個(gè)信號(hào)引腳，可以使用這些多余的引腳引出REQn，ACKn信號(hào)。
作者：史云輝，王學(xué)寶，李 宇 來(lái)源：現(xiàn)代電子技術(shù)
