1、VPX技術(shù)在國防領(lǐng)域的應(yīng)用-暨高速串行技術(shù)的實(shí)現(xiàn)及趨勢, 高速串行技術(shù)簡介 VPX總線技術(shù)和典型應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線發(fā)展歷程,VME 16,VME 32,VME 64,VME 64x,VME 320,VITA 41(VXS),40 Mbytes/sec,Exp.0 x16(CPCI E),8,000 Mbytes/sec,264 Mbytes/sec,1000 Mbytes/sec,300+ Mbytes/sec,160 Mbytes/sec,80 Mbytes/sec,20 Mbytes/sec,132 Mbytes/sec,CPCI 32 x 33MHz,CPCI 64 x 33MHz,CP

2、CI 64 x 66MHz,528 Mbytes/sec,Parallel Bus,High Speed Serial Interconnect,VITA 46（VPX）,10,000 Mbytes/sec,PICMG3.0(ATCA),12,500 Mbytes/sec,為什么要采用高速串行互連技術(shù)？ 國防領(lǐng)域各種實(shí)際應(yīng)用的需要 高速數(shù)據(jù)采集、軟件無線電、圖形圖像處理、實(shí)時(shí)視頻傳輸 例如： 雷達(dá)信號(hào)采集：1GHz，12bit，多信道 單信道所需帶寬：1G2 2GByte/s 多信道所需帶寬：n2GB/s 處理器處理能力的提高需要新的互連技術(shù) CPU主頻： 133M 1G 2G 3G 單芯片集

3、成的處理器核： CPU：單核 雙核 4核 8核 GPU：幾百核 數(shù)據(jù)處理能力： 單個(gè)GPU卡：幾百GFlops GPU集群：TFlops,PCI/CPCI總線數(shù)據(jù)帶寬：,VME總線數(shù)據(jù)帶寬：,并行總線數(shù)據(jù)帶寬,高速串行互連技術(shù)簡介 何謂高速串行 并行總線：一個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送、接收 高速串行：在數(shù)據(jù)線上將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳送、依次接收 高速串行互連技術(shù)的特點(diǎn) 采用低壓差分信號(hào)對組成串行傳輸通道 信號(hào)傳輸速度更高、信號(hào)擺動(dòng)更小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng) 時(shí)鐘與數(shù)據(jù)合并進(jìn)行傳輸 克服時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的抖動(dòng)問題、極大提高傳輸速率、降低IC引腳數(shù)， 獲得較佳的信號(hào)完整性 采用點(diǎn)到點(diǎn)的互連方法 獨(dú)立

4、的連接鏈路、獨(dú)享帶寬 提供通道綁定（Channel Bonding）功能 例如：1通道：3.125G bps 0.8 = 2.5G bps 4通道：3.125G bps 0.8 4 = 10G bps,VPX總線常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主流的高速串行協(xié)議介紹 PCI-Express；Rapid IO；10Gb Ethernet；Infiniband PCI-Express 2002年，Intel、AMD、DELL、IBM主導(dǎo)完成規(guī)范，目前廣泛應(yīng)用在PC、 服務(wù)器、存儲(chǔ)、嵌入式計(jì)算、測量測試領(lǐng)域 規(guī)范提供 X1，X2，X4，X8，X16和X32通道多種選擇，以滿足不同 系統(tǒng)設(shè)備對數(shù)據(jù)傳輸帶寬不同的需求。

5、PCIe速率： 2.5Gbaud， 5Gbaud， 8Gbaud， PCIe數(shù)據(jù)帶寬：,PCI-Express 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),PCIe采用NT模式，也可以支持多主系統(tǒng),主流高速串行協(xié)議簡介,Serial Rapid IO Freescale和Mercury共同提出的一種高性能、低引腳數(shù)、基于報(bào)文交換 的互連技術(shù)。1997年開始制訂標(biāo)準(zhǔn)，在2001年完成基本規(guī)范 ，在2003 年10月，正式成為ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)。 主要應(yīng)用場合： 多DSP系統(tǒng)互連、 DSP與處理器間互連,Serial Rapid IO拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 單星、雙星、鏈?zhǔn)?RapidIO體系結(jié)構(gòu),RapidIO 規(guī)范定義了3 層體系的結(jié)構(gòu)

6、協(xié)議，分別為邏輯層規(guī)范、傳輸層規(guī)范和物理層規(guī)范 。邏輯層規(guī)范定義了整個(gè)協(xié)議和包的格式，這些信息是進(jìn)行通信的終端完成初始化和事務(wù)處理所必需的；傳輸層規(guī)范為包在終端間傳輸提供了路由信息；物理層規(guī)范則描述了一些設(shè)備級的接口信息，如包傳輸機(jī)制、流控制機(jī)制、電氣特性和低級差錯(cuò)管理等。,主流的高速串行協(xié)議介紹 SRIO傳輸帶寬： SRIO規(guī)范中支持的波特率：1.25G，2.5G，3.125G ，6.25G 按照6.25G 波特率計(jì)算：46.25Gbps0.8 = 20Gbps。 PCIe和SRIO比較 1）數(shù)據(jù)傳送： 協(xié)議開銷： PCI e是60字節(jié)，SRIO是28字節(jié)； 例如： 當(dāng)傳輸32字節(jié)時(shí)，PCI

7、 E的端到端可靠傳輸協(xié)議開銷是188%，而RapidIO 互連開銷只是88% 數(shù)據(jù)包最大有效載荷：PCI E是4096Bytes，SRIO是 256Bytes SRIO適合于小包傳輸、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng) PCIe適合于高速圖形數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)傳輸場合 2）應(yīng)用場合： SRIO靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更加適應(yīng)異構(gòu)、多主的系統(tǒng)應(yīng)用； PCIe的樹形拓?fù)浼軜?gòu)保證了與PCI系統(tǒng)的后向兼容性，實(shí)現(xiàn)簡單、成本低廉,主流的高速串行協(xié)議介紹 InfiniBand InfiniBand 是一個(gè)統(tǒng)一的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，主要用于磁盤陣列、SANs、LANs、 服務(wù)器和集群服務(wù)器進(jìn)行互聯(lián)，目前主要應(yīng)用在HPC(高性能計(jì)算)、企業(yè)數(shù)據(jù)中

8、心。 InfiniBand 特點(diǎn)： 1）高帶寬：4xQDR 40Gbps,12x QDR 120Gbps ； 2）低時(shí)延：交換機(jī)時(shí)延140ns、應(yīng)用程序時(shí)延幾s 3）支持RDMA(Remote Direct Memory Access),主流的高速串行協(xié)議介紹 10G以太網(wǎng) 10G以太網(wǎng)（802.3ae） 標(biāo)準(zhǔn)是2002年7月在IEEE通過。 傳輸介質(zhì)：光纖，多模光纖300米，單模光纖1040公里。 由于企業(yè)和電信市場的需求和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各不相同， 802.3ae標(biāo)準(zhǔn) 支持以下不同應(yīng)用中的編碼方式 ： 8B/10B編碼10GBASEX ； 64B/66B 10GBASER ； SONET兼容的

9、幀封裝 10GBASEW ； 2006年6月， IEEE 802.3an 10GBASE-T規(guī)范得以批準(zhǔn)通過 。 傳輸介質(zhì)：UTP銅質(zhì)電纜，CAT6類線纜，100米 接口：支持RJ45,VPX總線的發(fā)展歷史 傳統(tǒng)并行總線無法滿足海量數(shù)據(jù)對傳輸帶寬的要求。 傳統(tǒng)總線系統(tǒng)在堅(jiān)固性方面，不能適應(yīng)航空航天控制、海底勘探考察、災(zāi)難檢測、導(dǎo)彈發(fā)射控制、雷達(dá)監(jiān)測及電子對抗等領(lǐng)域的惡劣工作環(huán)境。 VITA組織于2006年首次推出VPX總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（VITA46）和REDI加固增強(qiáng)的機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范（VITA48），不僅在帶寬上突破Gigabytes傳輸，而且非常好的解決了加固，高速互聯(lián)，管理等各個(gè)方面的問題，可以

10、廣泛的應(yīng)用在航空、航天、雷達(dá)、海底勘探、通信等領(lǐng)域。,VITA46系列標(biāo)準(zhǔn) VITA 46.0 VPX Base Standard VITA 46.1 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 Ether

11、net on VPX Fabric Connector VITA 46.8: Infiniband on VPX Fabric Connector VITA 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標(biāo)準(zhǔn) VITA 48.0 Mechanical Specification for Microcomputers Using Ruggedized Enhanced Design Imple