PCI Express光纤卡及硬件设计【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述电子信息科学与技术PCIEXPRESS光纤卡及硬件设计现代通信技术朝着高速、精确的方向发展，传统的并行收发技术，有很大的数据吞吐量，尤其是再引入差分信号后，但在实际的设计中会遇到引脚数过多，依靠单一的增加引脚数的方法并不能满足使用的需求，而且并行通信还有码间干扰、信号偏移、串音干扰和直流偏置等问题，这些因素严重地影响了并行通信频率的提高和传输距离的增长。为了解决并行通信在数据传输时所面临的极限问题，国内外都将更多的研究焦点放在高速串行通信上，随之而来的串行接口技术也应运而生。PCIEXPRESS是由INTEL，DELL，COMPAQ，IBM，MICROSOFT等PCISIG联合

2、成立的ARAPAHOEWORKGROUP共同草拟并推举成取代PCI总线标准的第三代高性能I/O总线技术。第一代总线包括ISA、EISA、VESA和微通道（MICROCHANNEL）总线，而第二代总线包括了PCI、PCIX和AGP。PCIEXPRESS是一种能够应用于移动设备、台式电脑、工作站、服务器、嵌入式计算和通信平台等所有周边I/O设备互连的总线。传统的PCIEXPRESS接口卡通常会直接采用PCIEXPRESS的接口芯片，将PCIEXPRESS差分信号转换成普通的信号进行使用，非常方便。但也存在着一些问题，就是可配置性不强，而且缺乏通用性，因为一块接口板上可能会有很多种接口，这就需要一个

3、功能强大的可编程芯片用于进行不同接口的转换。基于PEX8311和CPLD的PCIEXPRESS接口卡方法，该设计方案是卫星高速下行数据经地面接收站解调后，通过光纤以数字基带信号形成传递到本地端，接收卡就是负责接收解调器输出的高速基带数据流。硬件系统主要包括PCIE总线控制器、高速数据缓存和CPLD本地逻辑控制，系统结构如图1。PEX8311总线控制器PC机CPLD控制逻辑高速数据缓存串并转换其他接口PCIE图1PCIEXPRESS数据采集卡整体结构框图PEX8311是一款专用于将DSP、FPGA等处理器总线接口升级为PCIE的桥器件。利用PEX8311灵活的局部总线可以方便连接多种存储器、缓存

4、器及FPGA、DSP等逻辑芯片，提供完整的本地总线接口到PCIE的接口，包括地址转换、包生成与解码、信号中断支持及串并转换等。逻辑控制方面，采用了CPLD作为本地总线的逻辑控制器，负责协调好FIFO和PEX8311之间的时序关系。在实际测试中，根据对采集记录的数据文件处理、显示表明，设计达到了预期的指标要求，可接收320MBPS（40MB/S）。但这个传输速率与本课题要求的相差太远，结构上也缺乏可扩展性。基于XILINXSPARTAN3FPGA的接口卡设计。硬件系统包括PCIE接口转换芯片PX1011A、SPARTAN3FPGA和其他接口部分。结构框图如图2所示。XILINXSPARTAN3F

5、PGAPHILIPSPX1011APHYPCIEXPRESSEDGECONNECTOR其其其其其其PCIEESET图2硬件电路连接框图FPGA选用XILINX公司SPARTAN3系列XC3S1000。采用90NM材料生产，具有784个I/O，MICROBLAZE32位RISC软处理器和支持乘法累加器（MAC）功能的嵌入式XTREMEDSP功能，具有高度的可配置性和扩展性。外部的PHY器件这采用NXP公司的PX1011A符合PCIEXPRESS规范V10A和V11，是一款性能优越的外部PHY器件。PXL011A的MAC接口采用独立的时钟，由片内100MHZ的基准时钟锁相环产生。锁相环有一个相对较

6、高的带宽来实现可选的扩频并较少EMI。8B数据接口在250MHZ上运行并进行SSTL2信号发送，这种模式与流行的FPGAI/O接口兼容。改设计在实际的测试中单通道PCIEXPRESS的双向读写速度为250MB/S，达到了PCIEXPRESS的技术要求。参考上述的设计方案，根据本课题的基本要求，采用基于XILINXVIRTEX5LXTFPGA的接口卡设计方案，VIRTEX5本身就有类似于PHY器件的ROCKETIO功能，保证了系统的可靠性，同时它还具有比SPARTAN3跟强大的功能，I/O支持差分连接。XILINXVIRTEX5LXTFPGA针对高性能逻辑和低功耗串行连接功能进行了优化，是世界上

7、首款采用10V三栅极氧化层工艺技术制造而成的65NM系列的引脚兼容成员。平台使用全新的550MHZ时钟技术、125GBIT/SLVDSI/O和经过性能优化的IP块，实现了高性能逻辑、串行连接功能、信号处理和嵌入式处理性能等多种资源的最佳平衡。此外，VIRTEX5LXT平台具有PCIEXPRESSENDPOINTBLOCK、ETHERNETMACBLOCK和ROCKETIOGTPTRANSCEIVERS等接口模块，适用于需要高速接口的场合。VIRTEX5LXTPCIEXPRESSENDPOINTBLOCK具有PCIEXPRESS的完整功能，完全符合了PCIE基本规格V11版要求，作为FPGA内部

8、的硬核，它是可配置的PCIE端点解决方案，与ROCKETIOGTP收发器配合使用，在尽量少用FPGA逻辑的情况下提供全面的PCIEXPRESS端点功能，大大增加了设计的灵活性，降低了设计的RNE费用，并且支持X1，X2，X4和X8通道的实现。VIRTEX5LXTPCIEXPRESSENDPOINTBLOCK是通过FPGA程序调用实现的，而ROCKETIOGTP是高速的IO，其结构分为RX（接收）和TX（发送）两个部分，其结构RX如图3，TX如图4。FPGATXINTERFACE8B/10BENCODERPHASEADJUSTFIFOPRBSGENERATORTXPIPECONTROLPOLAR

9、ITYCONTROLPISOTXPREEMPTXOOBPCITXDRIVERSHAREDPMAPLLDIVIDERFROMSHAREDPMAPLL图3GTPRECEIVERFPGARXINTERFACERXELASTICBUFFER10B/8BDECODERLOSSOFSYNCRXSTATUSCONTROLCOMMADETECTANDALIGNRXPOLARITYRXEQSIPORXCDRPRBSCHECKOVERSAMOLINGSHAREDPMAPLLDIVIDERRXOOBFROMSHAREDPMAPLL图4GTPTRANSMITTER随着现代通信技术研究的深入和实际应用的增多，各种传输手

10、段都将面临提高数据传输的带宽和速率的问题。接口技术上其中的一个关键技术之一，伴随着通信技术的发展，其发展空间也非常大。基于VIRTEX5FPGA的PCIEXPRESS光纤接口卡设计实现简单、配置灵活，适用于各种领域，并且设计成本低，上市时间短，保证的功能性和易用性，有着巨大的潜在市场。参考文献1刘宁基于PCIEXPRESS接口的高速数据传输系统的设计与实现D,20082RAVIBUDRUK，DONANDERSON，TOMSHANLEY著PCIEXPRESS系统体系结构标准教材M北京电子工业出版社，2005113XILINXVIRTEX5DATASHEET，VIRTEX5FPGAINTEGRAT

11、EDENDPOINTBLOCKFORPCIEXPRESSDESIGNSUSERGUIDEUG197V15JULY22,20094刘凯，徐欣基于VIRTEX5的PCIEXPRESS总线接口设计OLHTTP/TECHC114NET/174/A486396HTML5马萍，唐卫华，李绪志基于PCIEXPRESS总线高速数据采集卡的设计与实现D6吴建飞，吴佳，徐欣基于PCIEXPRESS总线的数据采集设备实现D现代电子技术，20087徐君明，裴先登，王海卫，黄浩高性能计算机IO技术PCIEXPRESS分析D计算机工程，2004，30128MINDSHARE，INC，RAVIBUDRUK，DONANDERSON，TOMSHANLEYPCIEXPRESSSYSTEMARCHITECTUREDADDISONWESLEYSEPTEMBER04，20039许军，李玉山PCIEXPRESS总线技术研究D计算机工程与科学2006、510徐晓东，魏凤歧，李文下一代总线标准PCIEXPRESSD，内蒙古大学学报自然科学版，2005、2