用Crossbar Switch实现PCI的空分连接

用 Crossbar switch实现PCI的空分连接陈家琴王砚方安琪陈虎城中国科技大学近代物理系快电子学实验室合肥230027)E-mailSqchen@mail.ustc.edu.cn摘要PCI总线以其优越性得到了越来越多的应用在总线扩展方面相对于传统的共享式总线开关式总线可以动态分配帶宽很大程度上提高了系统的性能。该文提岀了一种方案使用交叉开关进行PCI总线的空分连接,以实现PCI总线的扩展并介绍了PCI总线和交叉开关之间接囗PXP的设计。关键词PCI交叉开关PCI桥总线扩展文章编号1002-8331-(2002)5-0122-02文献标识码A中图分类号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引言备进行数据交换时首先要取得总线的使用权,才能以独占的PCI总线以其传输速率高(132Mbte/s),支持突发( Burst)方式进行交换,对主/从设备就占用了总线的全部带宽。系统式32/64位地址数据复用等特点,不仅成为奔腾多媒体计中的设备越多每个设备平均分到的带宽就越小。总线的使用算机的首选总线在其他方面也得到广泛的应用。PCI总线的权由系统仲裁器来决定。信号传输是通过信号反射波产生的但由于其高频特性,负载增加产生的特性阻抗不连续性导致了它最多只能带4个负载,处理器在系统有多个负载时必须采用桥接方式。在多个PCI总线互连时如何提高系统的性能是一个重要的向题。忡裁共在互连系统中,总线的性能对系统的性能起着关键的作用。传统的互连技术采用的是共享总线式结构这种结构的总线使用权的独占”形式极大地限制了总线的带宽。开关式总线1共享式总线结构的连接是不固定的其总线可以同时被多组主/从设备使用总线带宽是动态分配的很大程度上提高了系统的性能。图2为开关式总线结构。各设备通过交叉开关进行连接由于PCI总线的重要性和开关式总线的优越性,十分有必可以同时有多组主/从设备进行连接。其总线带宽是动态的连要研究如何采用开关式总线进行多组PCI总线的互连似以提高接的设备越多累计带宽就越大。而且由于其主/从设备间的系统的性能。连接是点到点的避免了共享总线系统中多负载带来的信号反射问题。这种总线结构中核心是交叉开关交叉开关的容量和2总体方案概述仲裁算法对总线的性能起决定作用。2.1总线互连技术仲裁器在计算机互连技术中总线实现处理器、存储器、输入/输设备设备出设备之间的互连是系统中数据流的干线”系统的性能在很大程度上受总线的制约。按照不同的角度总线可以有不同[设备的分类方法。从研究的角度出发可以把总线分为共享式总设备线"( shared bus和开关式总线"( switched bus)两类。图1为共享式总线结构。总线上任何一个主设备要和从设图2开关式总线结构作者简介陈家琴博土生庄要从事高速数据交换的硏究。王砚方教授博土生导师主要从事高速数据交换和处理的研究。安琪教授博士生2.2系统结构连接,而且采用数据缓冲结构,以便实现 Memory Read Line系统围绕着6端口的 Crossbar Switch组成PXP是每等提高总线传输性能的指令。PCI总线和 Crossbar Switch之间的界面,同时也将两者隔离,该系统要求把不同的处理器连接各处理器的时钟是非同使得PCⅠ本地操作不受 Crossbar switch的影响 Crossbar步的因此只能采用非透明的连接方式Switch的工作也不受具体端口的影响。结构如图3所示3.2PXP的物理接口PXP的功能包括四部分作为交叉开关的主节点实现的是Master功能作为交叉开关的从节点实现的是 Slave功能作为PCⅠ总线请求的发起者实现的是 Master功能作为PCI总线请求的应答者实现的是 Target功能。PXP的接囗信号包括两部分PCI总线接口和交叉开关接口。PCI端的接口信号和PCI总线信号定义相同。交叉开关端的接口信号包括32bis的双向数据信号线和8根控制线Re-qi Reqo CtA Astrb Dsen Dstrb Rdcon Readready。在这8根控制信号线中除了Reqi和Reqo之外其余6根都是双向信号线是输入或输出由哪一端发出请求来决定。图36组PCI的空分连接系统结构图33PXP的配置系统要求带宽达到PCI标准带宽的一半以上即≥16.67每个PXP连接的PCI总线都独立完成自己的配置。由于32Mlps支持突发( Burst)式传输可实现各PC总线上CPU各PCI连接的动态性给桥的地址翻译带来困难。为简单计采的互操作。用将地址空间分块的办法,各PCⅠ有其固定的配置空间且每个PCⅠ均知道其他PCI的配置情况系统设置一个HOST了解3PXP的设计各PCI的配置情况并在某个PCI配置更新时通知其他的PCI34PXP的数据缓冲区3.1PXP设计原理由于系统连接的动态性相应的数据缓冲区也和普通PCI岀于对信号完整性的考虑PCI总线的典型负载不超过4桥不同。根据不同的总线命令和不同的数据流方向PXP中设个。当2组PCⅠ总线相接时必须要经过桥的中介叫图4是两有5个缓冲区PCI总线上发起的操作决定数据去往的缓冲区。组PCⅠ总线通过PCI桥相接的Posted rite BufferPCI BusA pCIPCI BUS BDelayed Read Buffer设备Crossbar Switch图4两组PCI总线的连接Crossbar read BufferCrossbar ri te buffer当设备A需要和设备B进行传输时,A发起一个总线周图6PXP的数据缓冲区结构期,目标是 PCI Bus b上的设备B,此时PCI桥在 PCI Bus a上监测总线的操作,当它发现设备A的目标是 PCI Bus B上4结论的设备B就把总线请求转向 PCI Bus b并充当在 PCI Bus b按照上面的设计方案,在FPGA内部进行了设计和仿真,上发起者的角色。PCⅠ桥会引入延迟,但它保证了任何一组仿真结果表明PCI总线可以工作在33MHz,是满足了设计要PCⅠ总线上的负载不超过规定,而对于PCI的空分连接来说,一组PCI要能同其他5组求的。利用交叉开关进行PCI的空分连接可以有效地增加总线PCⅠ中的任一组相连因此不能用固定的桥接方式。图5是PC的带宽提高系统的性能。由于系统中各PCI的对等性导致提通过PXP和交叉开关连接的示意图PNP是PCI和 crossbar出半桥的概念将PCI桥的功能划分为两个半桥功能连接不Switch之间的界面对PCl总线,它相当于半个桥接器对于Crossbar Switch PXP将PCI屏蔽相当于一个节点。两个PXP同的端口。半桥的灵活性可以适用于很多场合只需将相应的接口部分更改即可具有一定的实用意义合成一个桥,它要符合PCI桥的规范(收稿日期2000年12月)PCIBUSA P参考文献设备L PCI Local Bus Specification[S).Revision 2. 1 PCI Special Interest Group19956图5两组PCl总线通过交叉开关互连2. PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification[S]. Revision 1.0, PCIial Interest Group, 1995PCI桥有透明的( Transparen和非透明的(No- Transpar3. American National Standard for RACEway Interlink[S]ANs/VTAent)两种。透明的PCI桥是一个简单的PCI总线扩展器其目-1994NmTA19957的是增加允许的负载数要求桥的两边使用同步时钟。非透明4.曾繁泰冯保初.PCI总线与多媒体计箅机[M]电子工业岀版社1998