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关于下一代加固计算机总线选择的分析

时间:2011-09-17作者:王龙来源:中国论文库
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  摘要:本文通过对目前比较成熟的几种串行总线进行对比分析,结合目前国内加固计算机的实际情况,建议将PCIExpress总线作为下一代加固计算机的总线标准。  关键词:加

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  摘要:本文通过对目前比较成熟的几种串行总线进行对比分析,结合目前国内加固计算机的实际情况,建议将PCI Express总线作为下一代加固计算机的总线标准。

  关键词:加固 计算机串行总线 PCI Express

  加固计算机具有性能稳定,可靠性高、环境适应性强等优点,在工业、医疗、交通、军事等方面有着广泛的应用。我国的加固计算机经过数十年的发展,取得了辉煌的成就,先后研制出了几代加固计算机系统,分别采用了MB、ISA、PC(ICPCI)等总线。但随着计算机技术的不断发展和用户需求的不断提高,设计新一代加固计算机系统便显得越发重要。本文从硬件设计的角度出发,对下一代计算机系统总线的选择作了一点浅显的分析,并提出了一点建议。

  1、计算机总线的定义及并行总线的缺陷计算机总线是指一组进行互连和传输信息(指令、数据和地址)的信号线。按照层次结构可以分为局部总线、系统总线(又称板级总线,如ISA和PCI总线)和通信总线(又可称为接口,如RS232、USB等)。本文所讨论的,主要是作为计算机系统内各功能模块间信息与命令传输通道的系统总线。

  目前加固计算机所采用的主要是ISA和PCI总线,作为两种经典的总线系统,它们分别是第一代和第二代计算机总线的代表。但作为并行总线,它们有其自身无法克服的缺陷。以PCI总线为例,总线上单个设备的故障便会导致整个系统平台的崩溃;数据线的数量太多,严重的制约了总线频率的提升,进而限制了带宽;共享式的总线形式降低了设备间信息传输的效率与实时性。另外值得一提的是,PCI总线众多的控制与数据线占用了大量的印制板空间,不仅提高了设计难度,更增加了产品成本。

  2、目前比较成熟的几种串行总线为了克服并行总线的缺点,各大计算机厂商与组织争相开发下一代计算机总线——串行总线,目前比较有代表性的有以下四种:2.1 PCI Express总线PCI Express总线由Intel公司于2001年公布,原称第三代I/O总线,2002年由PCI-SIG更名为PCI Express。它采用点对点的串行互联方式,使用LVDS信号,8B/10B数据编码形式,每个通道由两对收发差分信号线组成,可构成x1、x2、x4、x8、x12、x16、x32的多通道连接,目前较为成熟的2.0版本规范中定义了其传输频率为5Gbps,3.0版本规范目前也基本确定,x32通道的数据传输速率高达320Gbps。

  2.2 Hyper Transport总线

  Hyper Transport总线是AMD公司推出的,1999年发布时称为“闪电数据传输”(lightning data transport),2001年正式确定为本名称。主要作为内存控制器等连接传输,应用于ADM芯片的PC、服务器、工作站、网络转换器和嵌入式应用设备。由数据线、控制信号、时钟信号组成双点单线链路,标准总线宽度为2、4、8、16和32位。采用LVDS信号,电压为1.2V。在2006年发布3.0版本中,其频率为1.8GHz、2.0GHz、2.4GHz、2.6GHz四种。目前主要用于AMD公司的处理器平台,除了连接各种设备板卡外,还用以连接协处理器、桥芯片,并率先推出了机外线缆连接规范,彻底打破了传统的三层总线架构。在高性能服务器、数据处理中心方面也有着广阔的应用前景。

  2.3 Rapid IO总线

  Rapid IO总线最初是为信号处理设备开发的,1997年Motorola成立行业协会开始制定,于2001年完成。2003年被IEC授权为背板串行总线。被认为是面向嵌入式应用的总线,主要应用在网络接入和路由、DSP、电信、无线通信存储、局域网等领域。

  Rapid IO总线同样采用LVDS差分接收/发送信号,频率分别为1.25GHz、2.5GHz和3.15GHz,可以实现芯片互连,也很容易实现板级和系统级互连。

  2.4 Infini Band总线

  Infini Band总线是由Intel的下一代总线(NGIO)和IBM的将来总线(FIO)合并而成,于2000年发布。最初设计面向服务器,用电缆连接机箱设计,现在已对芯片连接作了定义,是基于通道构造(Channel Based Fabric)实现对等操作(Peer-to-Peer),能进行多CPU和多设备互连,目前主要用于服务器、集群计算和存储局域网,不过现在一般被认为是PCI Express的补充。采用LVDS差分接收/发送信号,传输频率为2.5 Gbps,可构成x1、x4、x12的多通道连接。

  通过分析上述几种串行总线(Rapid IO总线也有并行形式的定义形式)我们可以了解到,它们大都采用LVDS差分接收/发送信号,具有极快的数据传输速率,可以根据需要灵活的进行不同通道数的配置,既保证了数据传输的速度,又能合理降低功耗。总线上各设备间通过“交换中心”进行“点对点”数据传输,确保了数据传输的实时性。另外,除了连接各种设备板卡外,还可以作为处理器、协处理器、桥芯片间的连接总线使用,有的总线还推出了机外线缆连接规范,这彻底改变了以往的总线形式,为计算机总线的发展翻开了新的一页。

  3、下一代加固计算机总线的选择根据目前我国加固计算机行业的现状,下一代加固计算机总线应满足以下几点要求:(1)具有广阔的营销论文" target="_blank">市场前景,得到众多计算机硬件、软件厂商的支持,成为主流的下一代串行总线。(2)已经或者能够被采纳为工业和军工总线标准。(3)在新的总线平台内,能够合理的兼容目前加固计算机中广泛使用的PCI总线板卡。

  比较前面介绍的四种串行总线,PCI Express最初定位就是代替PCI总线,并解决芯片间连接不足,得到了包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司的支持,已被业界所公认。

  Hyper Transport总线目前只在AMD公司的产品中使用,虽然有一定的技术优势,但影响较小。Rapid IO最初定位于嵌入式计算机,在PowerPC等嵌入式产品中应用较为广泛。Infini band主要是定位于服务器、集群计算等。因此可以看出,虽然市场会存在几种串行总线并存的情况,但PCI Express已经成为公认的下一代串行总线的主流标准。

  2005年,PCIMG组织推出了名为CompactPCI Express的EXP.

  0标准,将PCI Express总线定义为下一代工业串行总线标准。在AdvancedTCA标准中,也采纳了PCI Express总线。并且,针对PCIExpress总线的各种工业标准也正在完善中。

  由于目前大部分加固计算机中采用的都是PCI总线的板卡,因此下一代总线计算机平台必须能够较好的兼容PCI总线产品,新的串行总线和PCI总线必须能够做到有机的并存。而在这一点上,PCI Express总线有着先天的优势,PCI Express本身就是为了替代PCI总线而设计的,作为总线标准主要制定者的Intel公司,在自己设计的“迅驰”平台中,其南桥芯片(ICH)更是同时支持PCI Express和PCI总线。并且PCI Express可以方便的通过桥芯片转接成PCI总线,原先的硬件和软件设计可以做到无缝移植。转贴于中国论文库 http://www.lwkoo.com

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