用 Crossbar switch實(shí)現(xiàn)PCI的空分連接陳家琴王硯方安琪陳虎城中國(guó)科技大學(xué)近代物理系快電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室合肥230027)E-mailSqchen@mail.ustc.edu.cn摘要PCI總線以其優(yōu)越性得到了越來(lái)越多的應(yīng)用在總線擴(kuò)展方面相對(duì)于傳統(tǒng)的共享式總線開(kāi)關(guān)式總線可以動(dòng)態(tài)分配帶寬很大程度上提高了系統(tǒng)的性能。該文提岀了一種方案使用交叉開(kāi)關(guān)進(jìn)行PCI總線的空分連接,以實(shí)現(xiàn)PCI總線的擴(kuò)展并介紹了PCI總線和交叉開(kāi)關(guān)之間接囗PXP的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞PCI交叉開(kāi)關(guān)PCI橋總線擴(kuò)展文章編號(hào)1002-8331-(2002)5-0122-02文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A中圖分類號(hào)TP303Interlink of Pci with Crossbar SwitchChen Jiaqin Wang Y anfang An Qi Chen HuchengFast Electronics Lab Dept of Modern Physics University of Science & Technology of ChinaHefei 230027)Abstract: PCI Bus has been applied in many fields due to its advantages. For Bus Expansion switched bus canistribute bandwidth dynamically compared to shared bus it enhances system's performance This article proposes amethod of interlinking multiple PCI Bus using Crossbar Switch to implement PCI Bus expansion and the design oferface between pci bus and crossbar switch is introducedKeywords: PCI Crossbar Switch PCI Bridge Bus Expansion1引言備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)首先要取得總線的使用權(quán),才能以獨(dú)占的PCI總線以其傳輸速率高(132Mbte/s),支持突發(fā)( Burst)方式進(jìn)行交換,對(duì)主/從設(shè)備就占用了總線的全部帶寬。系統(tǒng)式32/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用等特點(diǎn),不僅成為奔騰多媒體計(jì)中的設(shè)備越多每個(gè)設(shè)備平均分到的帶寬就越小?？偩€的使用算機(jī)的首選總線在其他方面也得到廣泛的應(yīng)用。PCI總線的權(quán)由系統(tǒng)仲裁器來(lái)決定。信號(hào)傳輸是通過(guò)信號(hào)反射波產(chǎn)生的但由于其高頻特性,負(fù)載增加產(chǎn)生的特性阻抗不連續(xù)性導(dǎo)致了它最多只能帶4個(gè)負(fù)載,處理器在系統(tǒng)有多個(gè)負(fù)載時(shí)必須采用橋接方式。在多個(gè)PCI總線互連時(shí)如何提高系統(tǒng)的性能是一個(gè)重要的向題。忡裁共在互連系統(tǒng)中,總線的性能對(duì)系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵的作用。傳統(tǒng)的互連技術(shù)采用的是共享總線式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的總線使用權(quán)的獨(dú)占”形式極大地限制了總線的帶寬。開(kāi)關(guān)式總線1共享式總線結(jié)構(gòu)的連接是不固定的其總線可以同時(shí)被多組主/從設(shè)備使用總線帶寬是動(dòng)態(tài)分配的很大程度上提高了系統(tǒng)的性能。圖2為開(kāi)關(guān)式總線結(jié)構(gòu)。各設(shè)備通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接由于PCI總線的重要性和開(kāi)關(guān)式總線的優(yōu)越性,十分有必可以同時(shí)有多組主/從設(shè)備進(jìn)行連接。其總線帶寬是動(dòng)態(tài)的連要研究如何采用開(kāi)關(guān)式總線進(jìn)行多組PCI總線的互連似以提高接的設(shè)備越多累計(jì)帶寬就越大。而且由于其主/從設(shè)備間的系統(tǒng)的性能。連接是點(diǎn)到點(diǎn)的避免了共享總線系統(tǒng)中多負(fù)載帶來(lái)的信號(hào)反射問(wèn)題。這種總線結(jié)構(gòu)中核心是交叉開(kāi)關(guān)交叉開(kāi)關(guān)的容量和2總體方案概述仲裁算法對(duì)總線的性能起決定作用。2.1總線互連技術(shù)仲裁器在計(jì)算機(jī)互連技術(shù)中總線實(shí)現(xiàn)處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸設(shè)備設(shè)備出設(shè)備之間的互連是系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的干線”系統(tǒng)的性能在很大程度上受總線的制約。按照不同的角度總線可以有不同[設(shè)備的分類方法。從研究的角度出發(fā)可以把總線分為共享式總設(shè)備線"( shared bus和開(kāi)關(guān)式總線"( switched bus)兩類。圖1為共享式總線結(jié)構(gòu)?？偩€上任何一個(gè)主設(shè)備要和從設(shè)圖2開(kāi)關(guān)式總線結(jié)構(gòu)作者簡(jiǎn)介陳家琴博土生莊要從事高速數(shù)據(jù)交換的硏究。王硯方教授博土生導(dǎo)師主要從事高速數(shù)據(jù)交換和處理的研究。安琪教授博士生2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接,而且采用數(shù)據(jù)緩沖結(jié)構(gòu),以便實(shí)現(xiàn) Memory Read Line系統(tǒng)圍繞著6端口的 Crossbar Switch組成PXP是每等提高總線傳輸性能的指令。PCI總線和 Crossbar Switch之間的界面,同時(shí)也將兩者隔離,該系統(tǒng)要求把不同的處理器連接各處理器的時(shí)鐘是非同使得PCⅠ本地操作不受 Crossbar switch的影響 Crossbar步的因此只能采用非透明的連接方式Switch的工作也不受具體端口的影響。結(jié)構(gòu)如圖3所示3.2PXP的物理接口PXP的功能包括四部分作為交叉開(kāi)關(guān)的主節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的是Master功能作為交叉開(kāi)關(guān)的從節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的是 Slave功能作為PCⅠ總線請(qǐng)求的發(fā)起者實(shí)現(xiàn)的是 Master功能作為PCI總線請(qǐng)求的應(yīng)答者實(shí)現(xiàn)的是 Target功能。PXP的接囗信號(hào)包括兩部分PCI總線接口和交叉開(kāi)關(guān)接口。PCI端的接口信號(hào)和PCI總線信號(hào)定義相同。交叉開(kāi)關(guān)端的接口信號(hào)包括32bis的雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線和8根控制線Re-qi Reqo CtA Astrb Dsen Dstrb Rdcon Readready。在這8根控制信號(hào)線中除了Reqi和Reqo之外其余6根都是雙向信號(hào)線是輸入或輸出由哪一端發(fā)出請(qǐng)求來(lái)決定。圖36組PCI的空分連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖33PXP的配置系統(tǒng)要求帶寬達(dá)到PCI標(biāo)準(zhǔn)帶寬的一半以上即≥16.67每個(gè)PXP連接的PCI總線都獨(dú)立完成自己的配置。由于32Mlps支持突發(fā)( Burst)式傳輸可實(shí)現(xiàn)各PC總線上CPU各PCI連接的動(dòng)態(tài)性給橋的地址翻譯帶來(lái)困難。為簡(jiǎn)單計(jì)采的互操作。用將地址空間分塊的辦法,各PCⅠ有其固定的配置空間且每個(gè)PCⅠ均知道其他PCI的配置情況系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)HOST了解3PXP的設(shè)計(jì)各PCI的配置情況并在某個(gè)PCI配置更新時(shí)通知其他的PCI34PXP的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3.1PXP設(shè)計(jì)原理由于系統(tǒng)連接的動(dòng)態(tài)性相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)也和普通PCI岀于對(duì)信號(hào)完整性的考慮PCI總線的典型負(fù)載不超過(guò)4橋不同。根據(jù)不同的總線命令和不同的數(shù)據(jù)流方向PXP中設(shè)個(gè)。當(dāng)2組PCⅠ總線相接時(shí)必須要經(jīng)過(guò)橋的中介叫圖4是兩有5個(gè)緩沖區(qū)PCI總線上發(fā)起的操作決定數(shù)據(jù)去往的緩沖區(qū)。組PCⅠ總線通過(guò)PCI橋相接的Posted rite BufferPCI BusA pCIPCI BUS BDelayed Read Buffer設(shè)備Crossbar Switch圖4兩組PCI總線的連接Crossbar read BufferCrossbar ri te buffer當(dāng)設(shè)備A需要和設(shè)備B進(jìn)行傳輸時(shí),A發(fā)起一個(gè)總線周圖6PXP的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)期,目標(biāo)是 PCI Bus b上的設(shè)備B,此時(shí)PCI橋在 PCI Bus a上監(jiān)測(cè)總線的操作,當(dāng)它發(fā)現(xiàn)設(shè)備A的目標(biāo)是 PCI Bus B上4結(jié)論的設(shè)備B就把總線請(qǐng)求轉(zhuǎn)向 PCI Bus b并充當(dāng)在 PCI Bus b按照上面的設(shè)計(jì)方案,在FPGA內(nèi)部進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真,上發(fā)起者的角色。PCⅠ橋會(huì)引入延遲,但它保證了任何一組仿真結(jié)果表明PCI總線可以工作在33MHz,是滿足了設(shè)計(jì)要PCⅠ總線上的負(fù)載不超過(guò)規(guī)定,而對(duì)于PCI的空分連接來(lái)說(shuō),一組PCI要能同其他5組求的。利用交叉開(kāi)關(guān)進(jìn)行PCI的空分連接可以有效地增加總線PCⅠ中的任一組相連因此不能用固定的橋接方式。圖5是PC的帶寬提高系統(tǒng)的性能。由于系統(tǒng)中各PCI的對(duì)等性導(dǎo)致提通過(guò)PXP和交叉開(kāi)關(guān)連接的示意圖PNP是PCI和 crossbar出半橋的概念將PCI橋的功能劃分為兩個(gè)半橋功能連接不Switch之間的界面對(duì)PCl總線,它相當(dāng)于半個(gè)橋接器對(duì)于Crossbar Switch PXP將PCI屏蔽相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)PXP同的端口。半橋的靈活性可以適用于很多場(chǎng)合只需將相應(yīng)的接口部分更改即可具有一定的實(shí)用意義合成一個(gè)橋,它要符合PCI橋的規(guī)范(收稿日期2000年12月)PCIBUSA P參考文獻(xiàn)設(shè)備L PCI Local Bus Specification[S).Revision 2. 1 PCI Special Interest Group19956圖5兩組PCl總線通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)互連2. PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification[S]. Revision 1.0, PCIial Interest Group, 1995PCI橋有透明的( Transparen和非透明的(No- Transpar3. American National Standard for RACEway Interlink[S]ANs/VTAent)兩種。透明的PCI橋是一個(gè)簡(jiǎn)單的PCI總線擴(kuò)展器其目-1994NmTA19957的是增加允許的負(fù)載數(shù)要求橋的兩邊使用同步時(shí)鐘。非透明4.曾繁泰馮保初.PCI總線與多媒體計(jì)箅機(jī)[M]電子工業(yè)岀版社1998