用Crossbar Switch實(shí)現PCI的空分連接

用 Crossbar switch實(shí)現PCI的空分連接陳家琴王硯方安琪陳虎城中國科技大學(xué)近代物理系快電子學(xué)實(shí)驗室合肥230027)E-mailSqchen@mail.ustc.edu.cn摘要PCI總線(xiàn)以其優(yōu)越性得到了越來(lái)越多的應用在總線(xiàn)擴展方面相對于傳統的共享式總線(xiàn)開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)可以動(dòng)態(tài)分配帶寬很大程度上提高了系統的性能。該文提岀了一種方案使用交叉開(kāi)關(guān)進(jìn)行PCI總線(xiàn)的空分連接,以實(shí)現PCI總線(xiàn)的擴展并介紹了PCI總線(xiàn)和交叉開(kāi)關(guān)之間接囗PXP的設計。關(guān)鍵詞PCI交叉開(kāi)關(guān)PCI橋總線(xiàn)擴展文章編號1002-8331-(2002)5-0122-02文獻標識碼A中圖分類(lèi)號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)行數據交換時(shí)首先要取得總線(xiàn)的使用權,才能以獨占的PCI總線(xiàn)以其傳輸速率高(132Mbte/s),支持突發(fā)( Burst)方式進(jìn)行交換,對主/從設備就占用了總線(xiàn)的全部帶寬。系統式32/64位地址數據復用等特點(diǎn),不僅成為奔騰多媒體計中的設備越多每個(gè)設備平均分到的帶寬就越小?？偩€(xiàn)的使用算機的首選總線(xiàn)在其他方面也得到廣泛的應用。PCI總線(xiàn)的權由系統仲裁器來(lái)決定。信號傳輸是通過(guò)信號反射波產(chǎn)生的但由于其高頻特性,負載增加產(chǎn)生的特性阻抗不連續性導致了它最多只能帶4個(gè)負載,處理器在系統有多個(gè)負載時(shí)必須采用橋接方式。在多個(gè)PCI總線(xiàn)互連時(shí)如何提高系統的性能是一個(gè)重要的向題。忡裁共在互連系統中,總線(xiàn)的性能對系統的性能起著(zhù)關(guān)鍵的作用。傳統的互連技術(shù)采用的是共享總線(xiàn)式結構這種結構的總線(xiàn)使用權的獨占”形式極大地限制了總線(xiàn)的帶寬。開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)1共享式總線(xiàn)結構的連接是不固定的其總線(xiàn)可以同時(shí)被多組主/從設備使用總線(xiàn)帶寬是動(dòng)態(tài)分配的很大程度上提高了系統的性能。圖2為開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)結構。各設備通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接由于PCI總線(xiàn)的重要性和開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)的優(yōu)越性,十分有必可以同時(shí)有多組主/從設備進(jìn)行連接。其總線(xiàn)帶寬是動(dòng)態(tài)的連要研究如何采用開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)進(jìn)行多組PCI總線(xiàn)的互連似以提高接的設備越多累計帶寬就越大。而且由于其主/從設備間的系統的性能。連接是點(diǎn)到點(diǎn)的避免了共享總線(xiàn)系統中多負載帶來(lái)的信號反射問(wèn)題。這種總線(xiàn)結構中核心是交叉開(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總線(xiàn)的性能起決定作用。2.1總線(xiàn)互連技術(shù)仲裁器在計算機互連技術(shù)中總線(xiàn)實(shí)現處理器、存儲器、輸入/輸設備設備出設備之間的互連是系統中數據流的干線(xiàn)”系統的性能在很大程度上受總線(xiàn)的制約。按照不同的角度總線(xiàn)可以有不同[設備的分類(lèi)方法。從研究的角度出發(fā)可以把總線(xiàn)分為共享式總設備線(xiàn)"( shared bus和開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)"( switched bus)兩類(lèi)。圖1為共享式總線(xiàn)結構?？偩€(xiàn)上任何一個(gè)主設備要和從設圖2開(kāi)關(guān)式總線(xiàn)結構作者簡(jiǎn)介陳家琴博土生莊要從事高速數據交換的硏究。王硯方教授博土生導師主要從事高速數據交換和處理的研究。安琪教授博士生2.2系統結構連接,而且采用數據緩沖結構,以便實(shí)現 Memory Read Line系統圍繞著(zhù)6端口的 Crossbar Switch組成PXP是每等提高總線(xiàn)傳輸性能的指令。PCI總線(xiàn)和 Crossbar Switch之間的界面,同時(shí)也將兩者隔離,該系統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。結構如圖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)的主節點(diǎn)實(shí)現的是Master功能作為交叉開(kāi)關(guān)的從節點(diǎn)實(shí)現的是 Slave功能作為PCⅠ總線(xiàn)請求的發(fā)起者實(shí)現的是 Master功能作為PCI總線(xiàn)請求的應答者實(shí)現的是 Target功能。PXP的接囗信號包括兩部分PCI總線(xiàn)接口和交叉開(kāi)關(guān)接口。PCI端的接口信號和PCI總線(xiàn)信號定義相同。交叉開(kāi)關(guān)端的接口信號包括32bis的雙向數據信號線(xiàn)和8根控制線(xiàn)Re-qi Reqo CtA Astrb Dsen Dstrb Rdcon Readready。在這8根控制信號線(xiàn)中除了Reqi和Reqo之外其余6根都是雙向信號線(xiàn)是輸入或輸出由哪一端發(fā)出請求來(lái)決定。圖36組PCI的空分連接系統結構圖33PXP的配置系統要求帶寬達到PCI標準帶寬的一半以上即≥16.67每個(gè)PXP連接的PCI總線(xiàn)都獨立完成自己的配置。由于32Mlps支持突發(fā)( Burst)式傳輸可實(shí)現各PC總線(xiàn)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的配置情況系統設置一個(gè)HOST了解3PXP的設計各PCI的配置情況并在某個(gè)PCI配置更新時(shí)通知其他的PCI34PXP的數據緩沖區3.1PXP設計原理由于系統連接的動(dòng)態(tài)性相應的數據緩沖區也和普通PCI岀于對信號完整性的考慮PCI總線(xiàn)的典型負載不超過(guò)4橋不同。根據不同的總線(xiàn)命令和不同的數據流方向PXP中設個(gè)。當2組PCⅠ總線(xiàn)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PCI總線(xiàn)上發(fā)起的操作決定數據去往的緩沖區。組PCⅠ總線(xiàn)通過(guò)PCI橋相接的Posted rite BufferPCI BusA pCIPCI BUS BDelayed Read Buffer設備Crossbar Switch圖4兩組PCI總線(xiàn)的連接Crossbar read BufferCrossbar ri te buffer當設備A需要和設備B進(jìn)行傳輸時(shí),A發(fā)起一個(gè)總線(xiàn)周圖6PXP的數據緩沖區結構期,目標是 PCI Bus b上的設備B,此時(shí)PCI橋在 PCI Bus a上監測總線(xiàn)的操作,當它發(fā)現設備A的目標是 PCI Bus B上4結論的設備B就把總線(xiàn)請求轉向 PCI Bus b并充當在 PCI Bus b按照上面的設計方案,在FPGA內部進(jìn)行了設計和仿真,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果表明PCI總線(xiàn)可以工作在33MHz,是滿(mǎn)足了設計要PCⅠ總線(xiàn)上的負載不超過(guò)規定,而對于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(xiàn)PCⅠ中的任一組相連因此不能用固定的橋接方式。圖5是PC的帶寬提高系統的性能。由于系統中各PCI的對等性導致提通過(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PCl總線(xiàn),它相當于半個(gè)橋接器對于Crossbar Switch PXP將PCI屏蔽相當于一個(gè)節點(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橋的規范(收稿日期2000年12月)PCIBUSA P參考文獻設備L PCI Local Bus Specification[S).Revision 2. 1 PCI Special Interest Group19956圖5兩組PCl總線(xiàn)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(xiàn)擴展器其目-1994NmTA19957的是增加允許的負載數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(xiàn)與多媒體計箅機[M]電子工業(yè)岀版社1998