VPX总线技术-国科环宇

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1、VPXVPX技术在国防领域的应用技术在国防领域的应用-暨高速串行技术的实现及趋势暨高速串行技术的实现及趋势 高速串行技术简介高速串行技术简介 VPXVPX总线技术和典型应用总线技术和典型应用标准工业总线发展历程标准工业总线发展历程 VME 16VME 32VME 64VME 64xVME 320VITA 41(VXS)40 Mbytes/secExp.0 x16(CPCI E)8,000 Mbytes/sec264 Mbytes/sec1000 Mbytes/sec300+Mbytes/sec160 Mbytes/sec80 Mbytes/sec20 Mbytes/sec132 Mbytes/

2、secCPCI 32 x 33MHzCPCI 64 x 33MHzCPCI 64 x 66MHz528 Mbytes/secParallel BusHigh Speed Serial InterconnectVITA 46（VPX）10,000 Mbytes/secPICMG3.0(ATCA)12,500 Mbytes/sec为什么要采用高速串行互连技术？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：例如：雷达信号采集：雷达信号采集：1GHz，1

3、2bit，多信道，多信道 单信道所需带宽：单信道所需带宽：1G2 2GByte/s 多信道所需带宽：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处理器处理能力的提高需要新的互连技术 CPU主频：主频：133M 1G 2G 3G 单芯片集成的处理器核：单芯片集成的处理器核：CPU：单核：单核 双核双核 4核核 8核核 GPU：几百核：几百核 数据处理能力：数据处理能力：单个单个GPU卡：几百卡：几百GFlops GPU集群：集群：TFlops PCI/CPCI总线数据带宽：总线数据带宽：标准总线宽度总线频率(MHz)理论带宽(MB/s)实际带宽(MB/s)1993PCI(v

4、2.0)32位3313260701995PCI(v2.1)64位665282003002002PCI-X64位1008003004002004PCI-X64位1331064500+标准总线宽度数据传输协议理论带宽(MB/s)实际带宽(MB/s)1987VME32位BLT40201994VME6464位MBLT80401997VME64X64位2eVME160701999VME32064位2eSST320500300 VME总线数据带宽：总线数据带宽：并行总线数据带宽并行总线数据带宽高速串行互连技术简介高速串行互连技术简介何谓高速串行何谓高速串行 并行总线：一个时钟周期，数据的各位同时传送、接收

5、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：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，引脚数，获得较佳的信号完整性获得较佳的信号完整性 采用点到点的互

6、连方法采用点到点的互连方法 独立的连接链路、独享带宽独立的连接链路、独享带宽 提供通道绑定（提供通道绑定（Channel Bonding）功能）功能 例如：例如：1通道：通道：3.125G bps 0.8=2.5G bps 4通道：通道：3.125G bps 0.8 4=10G bps VPXVPX总线常用拓扑结构总线常用拓扑结构主流的高速串行协议介绍主流的高速串行协议介绍PCI-Express；Rapid IO；10Gb Ethernet；Infiniband PCI-Express 2002年，年，Intel、AMD、DELL、IBM主导完成规范，目前广泛应用在主导完成规范，目前广泛应用在

7、PC、服务器、存储、嵌入式计算、测量测试领域服务器、存储、嵌入式计算、测量测试领域 规范提供规范提供 X1，X2，X4，X8，X16和和X32通道多种选择，以满足不同通道多种选择，以满足不同 系统设备对数据传输带宽不同的需求。系统设备对数据传输带宽不同的需求。PCIe速率：速率：2.5Gbaud，5Gbaud，8Gbaud，PCIe数据带宽：数据带宽：PCI Express链路宽度12481632数据带宽（GByte/s）0.5124816PCI-Express 典型拓扑结构典型拓扑结构 PCIe采用采用NT模式，也可以支持多主系统模式，也可以支持多主系统主流高速串行协议简介主流高速串行协议简

8、介 Serial Rapid IO Freescale和和Mercury共同提出的共同提出的一种高性能、低引脚数、基于报文交换一种高性能、低引脚数、基于报文交换 的互连的互连技术。技术。1997年开始制订标准，在年开始制订标准，在2001年完成基本规范年完成基本规范，在，在2003 年年10月，正式成为月，正式成为ISO/IEC标准。标准。主要应用场合：主要应用场合：多多DSP系统互连、系统互连、DSP与处理器间互连与处理器间互连 Serial Rapid IO拓扑结构拓扑结构 单星、双星、链式单星、双星、链式RapidIORapidIO体系结构体系结构RapidIO 规范定义了规范定义了3

9、层体系的结构协议，分别为逻辑层规范、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。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。机制、电气特性和低级差错管理等。主流的高速串行协议主流的高速串行

10、协议介绍介绍 SRIO传输带宽：传输带宽：SRIO规范中规范中支持的波特率支持的波特率：1.25G，2.5G，3.125G，6.25G 按照按照6.25G 波特率波特率计算计算：46.25Gbps0.8=20Gbps。PCIe和和SRIO比较比较 1）数据传送：）数据传送：协议开销协议开销：PCI e是是60字节，字节，SRIO是是28字节；字节；例如：例如：当传输当传输32字节时，字节时，PCI E的端到端可靠传输协议开销是的端到端可靠传输协议开销是188%，而，而RapidIO 互连开销只是互连开销只是88%数据包最大有效载荷数据包最大有效载荷：PCI E是是4096Bytes，SRIO是

11、是 256Bytes SRIO适合于小包传输、实时性强的嵌入式系统适合于小包传输、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适合于高速图形数据等大数据传输场合 2）应用场合：）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；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主流的高速串行协议介绍 InfiniBand InfiniBand 是一个统一的互联结构，主要用于磁盘阵列、是一个统一的互联结构，主要用于磁

12、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(高性能计算高性能计算)、企业数据中心。、企业数据中心。InfiniBand 特点：特点：1）高带宽：）高带宽：4xQDR 40Gbps,12x QDR 120Gbps；2）低时延：交换机时延）低时延：交换机时延140ns、应用程序时延几、应用程序时延几s 3）支持）支持RDMA(Remote Direct Memory Access)主流的高速串行协议介绍主流的高速串行协议介绍 10G以太网以太网 10G以太网（以太网（802.3ae）标准是标准是2002年年7月在月在IEE

13、E通过。通过。传输介质：光纤，多模光纤传输介质：光纤，多模光纤300米，单模光纤米，单模光纤1040公里。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，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标准标准支持以下不同应用中的编码方式支持以下不同应用中的编码方式：8B/10B编码编码10GBASEX；64B/66B 10GBASER；SONET兼容的帧封装兼容的帧封装 10GBASEW；2006年年6月，月，IEEE 802.3an 10GBASE-T规范得以批准通过规范得以批准通过。传输介质：传输介质：UTP铜质电缆，铜质电缆，CAT6类线缆，类线缆，100米米 接口

14、：支持接口：支持RJ45 VPX总线的发展历史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VITA 46.0 VPX Base Standard VITA 46.

15、1 VMEbus Signal Mapping on VPX VITA 46.3 Serial RapidIO on VPX VITA 46.4 PCI Express on VPX Fabric Connector VITA 46.5:Hypertransport on VPX Fabric Connector VITA 46.6:Gigabit Ethernet on VPX Fabric Connector VITA 46.7 Ethernet on VPX Fabric Connector VITA 46.8:Infiniband on VPX Fabric Connector VIT

16、A 46.9 XMC/PMC/GbE Signal Mapping to 3U/6U VITA 46.10 Rear Transition Module on VPX VITA 46.11 System Management on VPX VITA 46.12 Fibre Optic Interface on VPX VITA48标准标准VITA 48.0 Mechanical Specification for Microcomputers Using Ruggedized Enhanced Design Implementation(REDI)VITA 48.1(Air Cooling)/VITA 48.2(Conduction Cooling)VITA65(OpenVPX)标准标准VPXVPX总线结构特点总线结构特点VPX（VITA46）定义2种结构尺寸:3U和6U 3U VPX 3U VPX模块的结构模块的结构 6U VPX模块的结构模块的结构 3U VPX3U VPX背板的结构背板的结构 6U VPX6U VPX背板的结构背板的结构212021/3/11谢谢！个人观点供参考，欢迎讨论