高速串行总线RapidIO与PCI Express协议分析比较

Rapid-IO 、PCI-E 和10GBase-T R id IO PCI E10GB T测试方案Rapid-IO简介目录Rapid-IO 的物理层信号质量测试Rapid-IO 的协议层测试分析PCIE PCIE简介PCIE 的物理层信号质量测试PCIE 的协议层测试分析10GBase-T 简介及物理层信号质量测试NAFO 09Rapid-IO简介Rapid IO什么是RapidIO嵌入式系统中用于替代PCI协议的一种高速总线协议的种高速总线主要的应用领域在于：通讯系统，图像处理系统以及国防军工装备高速传输，使用低压差分信号由Motorola公司发起的协议组成，（安捷伦公司是该协议组织的会员）公司发起的协议组成（安捷伦公司是该协议组织的会员）与HyperTransport (AMD), PCI Express (Intel)进行竞争NAFO 09RapidIORapidIO 芯片和集成系统提供商Bus Bridges &gSwitch FabricsMicroprocessorsBoards/platformsProgrammable LogicRapidIO 的总线开发公司RapidIOWirelessWirelessbase stations 还有其他大量使用PowerPC 处理器的单位(8260, etc)ControlRapidIO Links Switched fabric means more ports t b !RapidIO 互连互通的例子ProcessorR idIO S it h Data Path LinksDebug Portto probe!RapidIO SwitchData Switch Fabric Control PacketForwarding PacketForwarding Fabric ControlControlControl Data Switch FabricPacket Packet PHY Packet ProcessorPHYPacket ProcessorRapiodIO协议规范特点RapidIO采用三层分级的体系结构，分级结构图如下图所示：RapiodIO物理层测试表述Level I 的输出信号已经具备如下特性:• 支持三种不同的波特率：1.25G, 2.5G, 以及3.125G支持种的波特率• 支持×1 ×2 ×4 ×8 ×16 等多个Lane结构• 接收段采用AC耦合• 支持热插拔• 发射端口支持：short run (SR) 和long run (LR) 两种类型的传输信号发射端支持• short run 传输信号至少可以传输20 cm 通过1个连接器• long run 传输信号至少可以传输50 cm 通过2个连接器• 发射系统• 每一个Lane的误码率要求低于10-12每个12• 不需要使用均衡来功能** 参考协议第9章什么是Short Run 和Long Run Short Run指的是发射端口和接收端口在同一个PCB上面直接进行芯片到芯片的接仅仅个接接连接或者是中间仅仅通过一个连接器进行连接Long Run指的是发射端口和接收端口使用更大摆动幅度的信号进行传输，传输指的是发射端口和接收端口使用更大摆动幅度的信号进行传输传输过程中通过了两个或者两个以上的连接以及背板进行连接* 参考协议第8章ShortRun和LongRun输出信号的要求信号抖动和眼图的要求Short RunLong RunReceiver接收抖动和眼图的要求Receiver抖动容限要求Aerospace and Defense Symposium 2008 2009 AD On-Site Seminarg pAgilent Rapid-IO物理层的信号质量分析方案帮助您发现问题的根源70 ps8 GHzp80 ps8 GHz 90 ps 6 GHz90000 X-Series系列示波器能提供的真正的32GHz模拟带宽能提供的真的9最高的实时示波器的测试精度9完善的30GHz示波器探头系统9业界最全面丰富的测试应用软件带宽可升级可以保护用户的投资10款新的示波器型号DSO/DSA91604A DSO/DSA92004A DSO/DSA92504A DSO/DSA92804A DSO/DSA93204A 模拟带宽(2 ch)16 GHz20 GHz 25 GHz28 GHz 32 GHz最大采样率(2 ch/4 ch)80/40 GSA/s80/40 GSA/s80/40 GSA/s80/40 GSA/s80/40 GSA/s 标配存储深度10M10M10M10M10M最大存储深度 2 Gpts 2 Gpts 2 Gpts 2 Gpts 2 Gpts噪声@ 50mV/div 1.34 mV 1.53 mV 1.77 mV 1.89 mV 2.08 mV 抖动测量噪底150 fs rms150 fs rms150 fs rms150 fs rms150 fs rms90000X的关键技术：MCBGA封装的前端前端芯片正面：蔽盖扣上屏蔽盖以后前端芯片正面：Oak Module 去掉屏蔽盖以后90000X的采集板90000X示波器前端的内部结构4、类同轴设计确保信号屏蔽。

SRIO协议分析协议名称：SRIO协议分析一、引言SRIO（Serial RapidIO）协议是一种高速串行总线协议，用于在芯片之间传输数据和控制信息。

本协议分析旨在深入了解SRIO协议的特性、工作原理和应用场景，以便更好地理解和应用该协议。

二、协议概述SRIO协议是一种点对点的高速串行总线协议，支持数据传输和控制信息的交换。

它提供了可靠的、低延迟的数据传输，适用于各种应用领域，如通信、网络、嵌入式系统等。

三、协议特性1. 高速传输：SRIO协议支持多个速率选项，包括1.25Gbps、2.5Gbps、3.125Gbps等，可根据实际需求选择适当的速率。

2. 可靠性：SRIO协议采用差错检测和纠正机制，确保数据传输的可靠性和完整性。

3. 低延迟：SRIO协议具有较低的传输延迟，适用于对实时性要求较高的应用场景。

4. 灵活性：SRIO协议支持多种拓扑结构，包括点对点、多点对点、多点对多点等，可根据系统需求选择合适的拓扑结构。

5. 扩展性：SRIO协议支持多种数据传输方式，如流模式、消息模式等，可根据应用需求选择合适的传输方式。

四、协议工作原理1. 初始化阶段：在SRIO协议的初始化阶段，各个节点通过发送和接收初始化消息来建立通信连接。

2. 数据传输阶段：在建立通信连接后，节点之间可以通过SRIO协议进行数据传输。

数据可以以流模式或消息模式进行传输，发送节点将数据打包成数据包并发送给接收节点，接收节点则解析数据包并进行相应的处理。

3. 控制信息交换：除了数据传输外，SRIO协议还支持控制信息的交换。

节点可以通过发送控制消息来进行配置、管理和监控等操作。

五、协议应用场景1. 通信系统：SRIO协议广泛应用于通信系统中，用于高速数据传输和控制信息交换，提高系统的性能和可靠性。

2. 网络设备：SRIO协议可用于网络设备中，实现高速数据传输和设备之间的通信。

3. 嵌入式系统：SRIO协议适用于嵌入式系统中，用于连接各个芯片和模块，实现数据传输和控制信息交换。

图１　ＳＲＩＯ协议层级PCI Express协议有物理层、数据链路层、处理层等共三层。

如图2所示。

嵇康（1981-），男，江苏涟水人，本科，工程师。

研究方向：机载座舱显示技术。

林茂宽（1988-），男，湖北大冶人，本科，助理工程师。

研究方向：机载座舱显示技术。

李兵强（1981-），男，河北邢台人，硕士，工程师。

研究方向：机载座舱显示技术。

张杰（1984-），男，江苏淮安人，本科，高级工程师。

研究方向：机载座舱显示技术。

夏建平（1988-），男，江苏常州人，本科，助理工程师。

研究方向：机载座舱显示技术。

图２　ＰＣＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓ网络分层两者的第一层都为物理层，但其实质内容略有不同，SRIO串行物理层电器接口使用差分电流量控制基于802.3XAUI规范的驱动器，而PCI Express协议的电器接口采用高速的低压差分信号（LVDS）的驱动器和接收器。

两者的第二层名称不同，实质内容更是不一样，SRIO的传输层支持8bit或16bit器件ID，一个网络最多可容纳256或65 536个终端器件。

PCI Express的数据链路层，其功能设置图３　ＳＲＩＯ网络结构图从以上对比来看，注重网络结构多样性时，尽量选择，考虑到设备升级换代影响时，尽量选择PCI Express。

SRIO和PCI Express这两种最常用的总线形式的工作机制、特点、分层模型、拓扑结构等。

协议具有传输效率更高、允许更灵活的拓扑结构和多样的处理部件的特点，当考虑到高实时性、高可靠性时应优先选择。

PCI Express协议具有前后兼容性的特点，当考虑到大块数据传输、低成本设计、实时性较低以及系统网络简单时应优先选择。

参考文献[1]孟会,刘雪峰.PCI Express工程,2006(23):253-255.[2]Sam Fuller.SRIO嵌入式系统互联电子工业出版社,2004.图４　ＰＣＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓ网络结构图,B A r e z o o,A A b d u l l a h. Positional,Geometrical,and Thermal Errors Compensation by Tool Path Modification Using Three Methods of Regression,N euralNetworks,andFuzzy Logic[J].The International Journal of Advanced ManufacturingTechnology,2013:1635-1649.童恒超,等.数控机床热误差实时上海交通大学学报,2005,39(9):1389-1392.范嘉桢,等.基于FANUC oi系统外部坐标原点偏移功能的数控机床误差补偿研究造,2009,47(7):73-76.[12]W Wang,Y Zhang,JG Yang.Modeling of Compound Errors for CNC Machine Tools[J].Advanced Materials Research,2012:1796-1799.[13]G Cui，Y Lu，D Gao,etal.ANovel Error Compensation Implementing Strategy and Realizing on Siemens 840D CNC Systems[J].The International Journal of AdvancedManufacturing Technology,2012:595-608.。

以太网、PCIe和‎R apid‎I O的比较‎虽然在嵌入‎式系统中有‎许多连接元‎件的方法，但最主要的‎还是以太网、PCI Expre‎s s和Ra‎p idIO‎这三种高速‎串行标准。

所有这三种‎标准都使用‎相似的串行‎解串器(SerDe‎s)技术，它们提供的‎吞吐量和时‎延性能都要‎超过宽的并‎行总线技术‎。

随着这些标‎准的不断发‎展，今后的趋势‎将是采用通‎用SerD‎e s 技术。

这意味着这‎些协议提供‎的原始带宽‎不会有明显‎的差异。

相反，每种协议的‎用途将取决‎于如何使用‎带宽。

大多数设计‎人员都很熟‎悉基本的以‎太网协议特‎征。

以太网是一‎种'尽力而为'的数据包传‎送方式。

在以太网物‎理层上建立‎的软件协议‎，如TCP/IP，需要提供信‎息的可靠传‎输，因为基于以‎太网的系统‎一般在网络‎层执行流量控制，而不是在物‎理层。

一般基于以‎太网的系统‎带宽都要超‎配20%到70%。

因此以太网‎最适合高时‎延的设备间‎应用，或带宽要求‎较低的板上‎/板间应用。

相反，PCI Expre‎s s(PCIe)针对板上互‎连的数据包‎可靠传送作‎了优化，这种场合的‎典型时延在‎毫秒数量级‎。

PCIe协‎议交换的是‎事务处理层‎数据包(TLP)，如读和写，以及被称为‎数据链路层‎数据包(DLLP)的少量特殊‎链路信息。

DLLP用‎于链路管理‎功能，包括物理层‎的流量控制‎。

PCIe后‎向兼容传统‎的PCI和‎P CI-X器件，这些器件认‎为处理器位‎于总线层的‎顶部，因此PCI‎e具有能够‎充分利用与‎P CI 相关‎的软件和硬‎件知识产权‎的优势。

正如后文要‎讨论的那样‎，传统PCI‎总线对交换‎式PCIe‎协议有很大‎的约束。

Rapid‎I O技术则‎针对嵌入式‎系统作了优‎化，尤其是那些‎要求多处理‎单元合作的‎嵌入式系统‎。

与PCIe‎一样，Rapid‎I O协议交‎换的是数据‎包和被称为‎控制符的少‎量特殊链路‎信息。

随着高性能嵌入式系统的不断发展，芯片间及板间互连对带宽、成本、灵活性及可靠性的要求越来越高，传统的互连方式，如处理器总线、PCI总线和以太网，都难以满足新的需求。

处理器总线主要用作外部存储器接口，如德州仪器(TI) C6000系列DSP的外部存储器接口，可支持外接同步SDRAM、SBSRAM及FIFO，也可支持异步SRAM、FLASH等。

外部存储器接口也可用作与板内FPGA或ASIC芯片互连，这种情况下，FPGA或ASIC模拟一个DSP支持的存储器接口，DSP则把FPGA或ASIC当作存储器来访问。

这类同步接口带宽可达10Gbps，如德州仪器TMS320C6455 DSP的DDR2接口最大带宽为17.066Gbps，SBSRAM接口最大带宽为8.533Gbps。

然而，这种接口也存在一些局限性：1. 接口管脚多，硬件设计困难。

常见的DDR2接口有70～80个管脚；2. 只能用于板内互连，无法用于板间互连；3. 不是点对点的对等互连，DSP始终是主设备，其它器件只能做从设备。

PCI是广泛用于计算机内器件互连的技术。

传统PCI技术也采样类似于上述存储器接口的并行总线方式，如TMS320C6455 DSP的PCI接口，有32bits数据总线，最高时钟速度为66MHz，共有42个管脚。

最新的串行PCI Express技术采用与串行RapidIO（SRIO，Serial RapidIO）类似的物理层传输技术，使得带宽达到10Gbps左右。

但由于其主要的应用仍是计算机，而且为了兼容传统PCI技术，使得它在嵌入式设备方面的应用具有一定的局限性，如不支持点对点对等通信等。

众所周知，以太网是使用最广泛的局域网互连技术，它也被扩展应用到嵌入式设备互连，但它的局限性也是显而易见的：1. 不支持硬件纠错，软件协议栈开销较大；2. 打包效率低，有效传输带宽因此而减小；3. 只支持消息传输模式，不支持对对端设备的直接存储器访问(DMA, Direct Memory Access)。

rapidio协议RapidIO协议。

RapidIO是一种面向高性能计算和通信系统的互连技术，它提供了一种高速、低延迟的数据传输方式，被广泛应用于网络设备、嵌入式系统、通信基站等领域。

本文将对RapidIO协议进行详细介绍，包括其特点、应用、优势等方面的内容。

RapidIO协议是一种面向数据包交换的互连技术，它采用了分组交换的方式进行数据传输，能够实现高速、低延迟的数据通信。

RapidIO协议的特点之一是支持多种拓扑结构，包括点对点、多播、环形等结构，可以灵活地适应不同的系统架构需求。

此外，RapidIO还支持多种数据传输模式，包括可靠性传输、流控传输等，能够满足不同应用场景下的数据传输需求。

在实际应用中，RapidIO协议被广泛应用于网络设备、嵌入式系统、通信基站等领域。

在网络设备中，RapidIO可以实现高速数据交换，提高网络传输效率，降低数据传输延迟，提升系统性能。

在嵌入式系统中，RapidIO可以实现多个处理器之间的高速数据传输，支持多种外设设备的连接，满足复杂系统的数据通信需求。

在通信基站中，RapidIO可以实现基站内部各个模块之间的高速数据交换，提高通信系统的性能和稳定性。

与其他互连技术相比，RapidIO协议具有许多优势。

首先，RapidIO具有高速、低延迟的特点，能够满足高性能计算和通信系统对数据传输速度的需求。

其次，RapidIO支持多种拓扑结构和数据传输模式，具有较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同系统架构和应用场景的需求。

此外，RapidIO还具有较高的可靠性和稳定性，能够保证数据传输的安全和稳定。

总的来说，RapidIO协议是一种高性能、灵活、可靠的互连技术，被广泛应用于网络设备、嵌入式系统、通信基站等领域。

随着信息技术的不断发展，RapidIO协议将在更多的领域得到应用，为高性能计算和通信系统的发展提供强大的支持。

显卡的物理接口标准PCIExpressvs AGP在当前科技发展的大背景下，电子设备不断更新换代，新的标准和接口也在不断出现。

对于计算机硬件而言，显卡作为重要组成部分，其物理接口的标准选择对性能和兼容性有着重要的影响。

在本文中，我们将重点讨论显卡的物理接口标准PCI Express与AGP之间的区别与优劣。

一、PCI Express（简称PCIe）PCI Express是一种高速串行总线技术，它被广泛应用于现代计算机的外部设备连接。

相较于传统的PCI总线，PCIe具有更高的带宽和更强的扩展性能，能够更好地满足多媒体、图形和数据处理等高性能应用的需求。

PCIe接口分为不同的版本，如PCIe 1.0、PCIe 2.0、PCIe3.0等，每个版本都有不同的带宽和技术参数。

PCIe的优势主要体现在以下几个方面：1.带宽升级：PCIe接口的带宽远远超过传统的PCI和AGP接口，具有更高的传输速率和更大的数据吞吐量。

这使得显卡能够更好地处理高分辨率的图像和复杂的三维模型，提供更流畅的游戏和视频体验。

2.热插拔支持：PCIe接口支持热插拔技术，用户可以在运行时随时插拔显卡，无需关闭计算机。

这在一定程度上方便了显卡的更换和升级，提高了计算机系统的灵活性。

3.扩展性强：PCIe接口采用了点对点连接的方式，每个设备都有独立的数据通道，不会受到其他设备的影响。

这种设计使得系统支持更多的设备，并且能够更好地利用系统资源，提高整体性能。

尽管PCIe接口在诸多方面具有优势，但也存在一些不足之处。

首先，由于PCIe接口需要更高的带宽和更复杂的传输协议，相较于传统接口而言，其成本更高。

其次，对于老旧的计算机系统，可能无法支持PCIe接口，需要进行相应的硬件升级。

二、AGP（加速图形端口）AGP是过去用于连接显卡和主板的一种标准接口，它在1996年问世并迅速流行起来。

与PCI接口相比，AGP接口专为图形处理而优化，具有更高的带宽和更低的延迟，能够更好地满足3D游戏和图形应用的需求。

串行RapidIO技术介绍串行RapidIO（RapidIO）是一种高性能、低延迟、可靠的互联技术，它被广泛应用于通信和计算领域。

RapidIO技术最初由RapidIO Trade Association（RSTA）开发，并于2002年首次发布。

它目前已成为通信和计算系统中最重要的互联技术之一RapidIO技术采用串行通信的方式进行数据传输。

相较于并行通信，串行通信具有更高的带宽和更低的功耗。

RapidIO技术的主要特点包括以下几个方面：1. 高带宽：RapidIO技术提供高达10Gbps的带宽，可以满足各种通信和计算应用的需求。

它支持点对点和多对一的拓扑结构，可以满足不同系统的互连需求。

2. 低延迟：RapidIO技术的延迟非常低，可以在纳秒级别内完成数据传输。

这使得它非常适合实时应用，如无线通信、视频处理和数据中心应用等。

3. 可靠性：RapidIO技术提供了一系列的错误检测和纠正机制，包括CRC（循环冗余检测）、重传机制和流量控制等。

这些机制可以确保数据在传输过程中的完整性和可靠性。

4. 灵活性：RapidIO技术支持多种拓扑结构，如星型、树型和多级互连等。

它还支持多种传输模式，包括消息传输、数据传输和共享内存等。

这使得它可以适应不同系统的需求，提供灵活的扩展性和性能。

5. 兼容性：RapidIO技术具有良好的兼容性，可以与其他互联技术进行集成。

它可以与PCI Express、Ethernet和InfiniBand等技术进行互操作，实现多种设备的互连。

除了以上特点，RapidIO技术还具有一些独特的优势。

首先，它提供了一种可编程的硬件和软件结构，可以简化系统的开发和维护。

其次，它采用了精简的协议，使得系统设计更加简单和高效。

第三，RapidIO技术具有低功耗的特点，可以降低整个系统的能耗。

RapidIO技术在通信和计算领域有着广泛的应用。

在通信领域，它被用于构建高性能数据传输和处理系统，如基站、网络路由器和交换机等。