VPX总线技术-国科环宇

VPX技术在国防领域的应用-暨高速串行技术的实现及趋势,高速串行技术简介VPX总线技术和典型应用,标准工业总线发展历程,VME16,VME32,VME64,VME64x,VME320,VITA41(VXS),40Mbytes/sec,Exp.0 x16(CPCIE),8,000Mbytes/sec,264Mbytes/sec,1000Mbytes/sec,300+Mbytes/sec,160Mbytes/sec,80Mbytes/sec,20Mbytes/sec,132Mbytes/sec,CPCI32x33MHz,CPCI64x33MHz,CPCI64x66MHz,528Mbytes/sec,ParallelBus,HighSpeedSerialInterconnect,VITA46（VPX）,10,000Mbytes/sec,PICMG3.0(ATCA),12,500Mbytes/sec,为什么要采用高速串行互连技术？国防领域各种实际应用的需要高速数据采集、软件无线电、图形图像处理、实时视频传输例如：雷达信号采集：1GHz，12bit，多信道单信道所需带宽：1G22GByte/s多信道所需带宽：n2GB/s处理器处理能力的提高需要新的互连技术CPU主频：133M1G2G3G单芯片集成的处理器核：CPU：单核双核4核8核GPU：几百核数据处理能力：单个GPU卡：几百GFlopsGPU集群：TFlops,PCI/CPCI总线数据带宽：,VME总线数据带宽：,并行总线数据带宽,高速串行互连技术简介何谓高速串行并行总线：一个时钟周期，数据的各位同时传送、接收高速串行：在数据线上将数据一位一位地依次传送、依次接收高速串行互连技术的特点采用低压差分信号对组成串行传输通道信号传输速度更高、信号摆动更小、功耗低、抗干扰能力强时钟与数据合并进行传输克服时钟和数据的抖动问题、极大提高传输速率、降低IC引脚数，获得较佳的信号完整性采用点到点的互连方法独立的连接链路、独享带宽提供通道绑定（ChannelBonding）功能例如：1通道：3.125Gbps0.8=2.5Gbps4通道：3.125Gbps0.84=10Gbps,VPX总线常用拓扑结构,主流的高速串行协议介绍PCI-Express；RapidIO；10GbEthernet；InfinibandPCI-Express2002年，Intel、AMD、DELL、IBM主导完成规范，目前广泛应用在PC、服务器、存储、嵌入式计算、测量测试领域规范提供X1，X2，X4，X8，X16和X32通道多种选择，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。PCIe速率：2.5Gbaud，5Gbaud，8Gbaud，PCIe数据带宽：,PCI-Express典型拓扑结构,PCIe采用NT模式，也可以支持多主系统,主流高速串行协议简介,SerialRapidIOFreescale和Mercury共同提出的一种高性能、低引脚数、基于报文交换的互连技术。1997年开始制订标准，在2001年完成基本规范，在2003年10月，正式成为ISO/IEC标准。主要应用场合：多DSP系统互连、DSP与处理器间互连,SerialRapidIO拓扑结构单星、双星、链式,RapidIO体系结构,RapidIO规范定义了3层体系的结构协议，分别为逻辑层规范、传输层规范和物理层规范。逻辑层规范定义了整个协议和包的格式，这些信息是进行通信的终端完成初始化和事务处理所必需的；传输层规范为包在终端间传输提供了路由信息；物理层规范则描述了一些设备级的接口信息，如包传输机制、流控制机制、电气特性和低级差错管理等。,主流的高速串行协议介绍SRIO传输带宽：SRIO规范中支持的波特率：1.25G，2.5G，3.125G，6.25G按照6.25G波特率计算：46.25Gbps0.8=20Gbps。PCIe和SRIO比较1）数据传送：协议开销：PCIe是60字节，SRIO是28字节；例如：当传输32字节时，PCIE的端到端可靠传输协议开销是188%，而RapidIO互连开销只是88%数据包最大有效载荷：PCIE是4096Bytes，SRIO是256BytesSRIO适合于小包传输、实时性强的嵌入式系统PCIe适合于高速图形数据等大数据传输场合2）应用场合：SRIO灵活的拓扑结构，更加适应异构、多主的系统应用；PCIe的树形拓扑架构保证了与PCI系统的后向兼容性，实现简单、成本低廉,主流的高速串行协议介绍InfiniBandInfiniBand是一个统一的互联结构，主要用于磁盘阵列、SANs、LANs、服务器和集群服务器进行互联，目前主要应用在HPC(高性能计算)、企业数据中心。InfiniBand特点：1）高带宽：4xQDR40Gbps,12xQDR120Gbps；2）低时延：交换机时延140ns、应用程序时延几s3）支持RDMA(RemoteDirectMemoryAccess),主流的高速串行协议介绍10G以太网10G以太网（802.3ae）标准是2002年7月在IEEE通过。传输介质：光纤，多模光纤300米，单模光纤1040公里。由于企业和电信市场的需求和网络体系结构各不相同，802.3ae标准支持以下不同应用中的编码方式：8B/10B编码10GBASEX；64B/66B10GBASER；SONET兼容的帧封装10GBASEW；2006年6月，IEEE802.3an10GBASE-T规范得以批准通过。传输介质：UTP铜质电缆，CAT6类线缆，100米接口：支持RJ45,VPX总线的发展历史传统并行总线无法满足海量数据对传输带宽的要求。传统总线系统在坚固性方面，不能适应航空航天控制、海底勘探考察、灾难检测、导弹发射控制、雷达监测及电子对抗等领域的恶劣工作环境。VITA组织于2006年首次推出VPX总线技术标准（VITA46）和REDI加固增强的机械设计规范（VITA48），不仅在带宽上突破Gigabytes传输，而且非常好的解决了加固，高速互联，管理等各个方面的问题，可以广泛的应用在航空、航天、雷达、海底勘探、通信等领域。,VITA46系列标准VITA46.0VPXBaseStandardVITA46.1VMEbusSignalMappingonVPXVITA46.3SerialRapidIOonVPXVITA46.4PCIExpressonVPXFabricConnectorVITA46.5:HypertransportonVPXFabricConnectorVITA46.6:GigabitEthernetonVPXFabricConnectorVITA46.7EthernetonVPXFabricConnectorVITA46.8:InfinibandonVPXFabricConnectorVITA46.9XMC/PMC/GbESignalMappingto3U/6UVITA46.10RearTransitionModuleonVPXVITA46.11SystemManagementonVPXVITA46.12FibreOpticInterfaceonVPX,VITA48标准VITA48.0MechanicalSpecificationforMicrocomputersUsingRuggedizedEnhancedDesignImplementation(REDI)V