高速串行总线技术发展与应用分析

文章摘要：虽然PCIe和RapidIO都保证数据包的发送，但在误码条件下它们会弃包，以防止故障元件造成致命拥塞。然而，PCIe误码条件机制是不可配置的。当链路必须再学习时数据包通常会被丢弃。另外，PCIe隔离机制只在几个毫秒后就被激活。这些并不是所有系统都理想的行为。相反， RapidIO标准允许对误码作出特殊系统响应，如链路再学习。当误码发生时，系统会立即开始弃包，或者它会保留包，并允许拥塞发生。RapidIO使用 '漏桶'式误码计数方法，并有两个可配置门限。DEGRADED门限能尽早提醒系统管理软件链路上正在发生误码。FAILED门限用于触发丢包以实现用户定义的误码率。RapidIO

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　　虽然PCIe和RapidIO都保证数据包的发送，但在误码条件下它们会弃包，以防止故障元件造成致命拥塞。然而，PCIe误码条件机制是不可配置的。当链路必须再学习时数据包通常会被丢弃。另外，PCIe隔离机制只在几个毫秒后就被激活。这些并不是所有系统都理想的行为。

　　相反， RapidIO标准允许对误码作出特殊系统响应，如链路再学习。当误码发生时，系统会立即开始弃包，或者它会保留包，并允许拥塞发生。RapidIO使用 '漏桶'式误码计数方法，并有两个可配置门限。DEGRADED门限能尽早提醒系统管理软件链路上正在发生误码。FAILED门限用于触发丢包以实现用户定义的误码率。RapidIO误码管理的灵活性反映了嵌入式系统设计人员的不断变化需求。

　　流量控制

　　流量控制贯穿互连规范的物理、传输和逻辑层。流量控制功能非常重要，可确保系统在各种条件下都能正确和鲁棒性地操作，这些条件包括部分故障和过载。流量控制机制允许尽可能高效和完整地使用可用带宽。为了尽量减少由于超配高频串行链路而浪费的带宽和功率，流量控制策略正变得越来越重要。

　　目前还不可能讨论统一的以太网流量控制策略，因为许多不相干的以太网消息处理标准都有特殊协议流量控制策略来避免丢包。一般来说，这些标准的流量控制策略基于的是检测到丢包时降低传送速率。流量控制策略一般用软件实现，并且要求很强的缓存能力来实现重传。

　　PCIe流量控制仅限于物理层。PCIe流量控制机制基础是跟踪数据包头和数据块的信用，并且对投递、非投递和完整事务的跟踪是分开的。

　　RapidIO 规定了物理层和逻辑层的流量控制机制。物理层流量控制机制设计用于处理几个毫秒周期的拥塞。在物理层，RapidIO提供PCIe风格的流量控制，并辅之以简单的重传机制。简单的重传机制能很高效地实现，与PCIe风格的流量控制相比性能损失最少。RapidIO物理层流量控制还包括基于虚拟输出队列的反压机制。这种在RapidIO 2.0中引入的机制允许交换机和端点了解哪些目的地是拥塞的，并将业务发送到未拥塞的目的地。这种特性可以实现分布式决策制定，确保可用的网络带宽得到最大化的利用。决策制定的时延很低，因为拥塞信息使用控制符进行交换，而这些控制符如前所述可以被嵌入RapidIO包。

　　虚拟的输出队列反压机制如图4所示。

　　图4：RapidIO虚拟输出队列反压机制。

　　在图的上面部分，数据源发送数据的速率比端点(EP)1接收数据包的速率快得多，这将导致一个拥塞状态控制符由EP1发送到交换机2，它级联在消息后面返回给源端。当交换机2在与EP1连接的端口上检测到拥塞时，交换机2也能产生拥塞状态控制符。一旦源接收到拥塞状态控制符，它就开始将数据包发送给EP2，并降低到达EP1的数据包发送速率。

　　RapidIO的逻辑层流量控制机制设计用于避免网络中的拥塞，方法是计量发到网络的确认数据包数量，从而在网络级管理拥塞。这种方法与基于以太网的软件协议非常相似。针对特殊流程的数据包接纳可以通过XON/XOFF类协议，以及基于速率和信用的流量控制进行管理。也许最重要的是，这些流量控制机制也能用于应用层来提高软件应用性能。最好的一点是，这些流量控制机制可用硬件实现，从而释放宝贵的CPU资源，为用户提供更高的价值。RapidIO流量控制机制可以确保基于RapidIO的系统能以高效、可预测的方式使用可用带宽。

　　本文小结

　　以太网、PCIe和RapidIO都是基于相似的SerDes技术，因此SerDes技术不再是这些技术的差异点，而是它们使用可用带宽的方式。每种技术都有最适合的专门应用领域。

　　以太网最适合地理上分散的、具有长时延并且??络配置的网络。PCIe则能对单板上的分层总线结构提供最理想的支持。这两种技术都可用于板上、板间和设备间通信，而且在许多应用场合被同时用于同一系统。RapidIO能将这两种互连的优势结合到单个互连中，并可显著节省功率和成本。

　　RapidIO 是嵌入式系统的最佳互连选择。RapidIO具有与PCIe和以太网相似的功能，并具有其它互连技术无法复制的功能，如：低时延、低抖动的系统事件分发；组合式链路层和网络层流量控制机制；可配置的误码检测和模糊拓扑路由可实现高效的备份、高可靠性和可用性；读/写和进程间通信消息语义的硬件实现。这些功能允许系统架构师创建性能更高、功耗更低并且更容易扩展的系统。

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