PCIExpress在嵌入式系统中的应用

　　在过去几十年里，PCI总线是一种非常成功的通用I/O总线标准，尤其在嵌入式系统应用中，经常会看到PCI总线的踪影，但它将不能满足未来计算机设备的带宽需要。随着制造工艺的发展，将会出现10GHz的CPU，高速的内存和显卡，甚至1Gbps和10Gbps的网卡等其他需要“无限”内部带宽的设备。由Intel公司推出的第三代I/O总线结构PCI Express(3GIO)就是顺应这种需要产生的。它不但能与原来的PCI设备兼容工作，还可以增强原有设备的性能。其特点就是高性能，高扩展性，高可靠性，好的升级性及低的成本。

　　PCI Express有两个版本：基础版和交换版。

　　基础版的特点是：与PCI软件兼容;很少的引脚数量(串行);高速率(2.5Gbps/通道);可扩展(到32通道);CRC(链路，端到端);热插拔;QoS(Quality of Service)能力。

　　交换版的特点是：物理层和数据链路层与基本版兼容;基于源的路由;多协议封装;堵塞管理;多播/广播。

　　PCI Express的拓扑结构包括一个主桥和若干终点(End Point)(对应若干输入输出设备)，见图1。多点对点联结技术将新的特性-开关技术-引入了输入输出总线拓扑结构。开关技术替代了原来的多点复用(multi-drop)总线技术，在不同的终点间它提供对等联结的方式，将各个终点的数据分开传输，最后汇总到主桥内。

　　PCI Express的基本特征：

　　l 串行LVDS链接，见图2;

　　l 基于互换的拓扑结构;

　　l 每个通道的每个方向数据传输速率为2.5Gbps;

　　l 最高连接通道为32个;

　　l 带宽可扩展(最大×32)。

　　l CRC(链路，端到端);

　　l 热插拔;

　　l NTB链接的多HOST结构;

　　l 与PCI/X兼容;

　　l 电源管理。

　　下表中列出了PCI Express特点所带来的使用上的优点。

　　表一：

　　表二是将PCI Express与PCI/X进行的对比。

　　表二：

　　注1. 并行总线通常包含地址/数据信号和一些边带信号。边带信号用来表示总线上数据的方向和事务处理的类型，还能用于表示中断或总线主控请求。

　　注2. 一个典型的PCI Express连接使用两个LVDS(低电压差分信号)对，一对用于发送，一对用于接收。在这个结构中没有边带信号，见图3。

　　注3. PCI Express信道能聚集以增加总带宽，可用的带宽直接与通道的数目成比例。其有效组合为×1，×2，×4，×8，×12，×16，×32，通道数加倍带宽也加倍。如一个10Gbps的以太网控制器可以使用4条PCI Express来与控制器的带宽相匹配。

　　由于PCI Express的突出特性，决定了它可以用于很多领域，诸如服务器、成像系统、存储系统、通信系统、工业控制等，影响比较大的可能还是嵌入式系统，图4给出了其应用于嵌入式系统的应用拓扑结构。可以看出，在这种拓扑结构中本地端设备通过PCI Express桥连接在一起，不再是通过PCI桥连接。依赖开关技术，本地端设备就可以“无限”的扇出，且传输速率不会下降，而传统的依靠PCI桥连接的设备由于多点复用总线技术的限制，每一路本地端设备的传输速率会下降。在嵌入式应用方面，另外一个比较让人关注的应该是Express Card，这种具有USB2.0接口的小型卡，其硬件成本低，功能性好，将会取代笨重的PC卡和发挥Compact Flash的优点。但是这种卡进入嵌入式市场的速度不会很快，因为PCI Express将涉及硬件支持形式和特点的重大改变，对现有板卡的板形标准仍待制定[4]。