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PCI技术曾经是桌上型电脑的统治者，现已跨入嵌入式系统领域。串行PCI Express将最终在各个方面取代并行PCI Express。桥芯片将首先使用户连接到PCI Express交换结构，但事态将会发生改变，更多的处理器和外围设备接口将以PCI Express取代PCI接口。从这一点来讲，PCI Express对于大多数嵌入式产品开发者来说通常更具有吸引力。 PCI Express的好处显而易见，但同时也产生了新的问题。2.5-GHz的信号频率提供较大的带宽，可随着双向通道的增加而递增。该速度甚至比PCI-X 1.0所具有的133MHz或PCI 2.1所具有的66MHz要快出许多。这意味着需要有新的电路板设计规则以及新的测试设备对这些高速系统进行分析。在大多数情况下并不需要新的电路板和插槽技术。关键在于细节问题和适当的准备工作。例如，可在PCI Express电路板中设计一个中部总线盘，使测试探头对PCI Express通道进行测试。 Catalyst Enterprises的总裁兼首席技术官Nader Saleh表示，熟悉InfiniBand和光纤通道的设计者在设计PCI Express时会比较顺手，因为他们习惯于处理千兆赫信号。处理高速信号和PCI Express协议的复杂性使得开发进程延缓了六至九个月，与此同时，设计者的学习曲线也在上升。幸好，Catalyst、Tektronix和Agilent等公司能提供新的测试设备，如Catalyst的SPX-16E Exercister，可处理x16连接。习惯于兆赫设计的设计者现在必须处理一些细节问题，如时基抖动等。 不同于PCI Express的预置导通技术(AS)，PCI Express使兼容性显得至关重要。一个AS系统可采用穿隧机制并入PCI Express设备。但本域AS是一个基于数据包的系统。PCI Express可通过保留内存映射架构支持PCI和PCI-X。这意味着即使PCI Express利用如AS一样的数据包，PCI软件也不会发生变化。 此通透性在当PCI Express用于连接一对PCI或PCI-X系统时表现较佳。每个系统均插有一块电路板。其中一块电路板带有一个PCI Express顺向桥，另外一块电路板带有一个逆向桥。电路板通过PCI Express接口连接起来，占用较少的导线且比PCI/PCI-X总线效果更好。无需改变软件来执行两块电路板之间的传输。 交换系统中的PCI Express PCI Express作为同PCI和PCI-X一样的内存接口出现在设备或主机处理器中。从内部来说，它是一个封包交换系统，可将内存的读写结果压缩到数据包中。读取结果被转化为带有地址与大小信息的请求数据包。这些数据包的响应就是被请求的数据。 数据包通过PCI Express交换器发送。数据流过交换结构，不必考虑连接各设备的数据通道数量的多少。主机与交换器之间的最初连接可以是x16连接，而端点则为x1连接。交换器可以是x4连接。 此混合与匹配连接带宽的能力是PCI和PCI-X的主要优势所在。对交换能力善加利用可优化系统性能并节约成本。一般情况下，PCI Express交换器可集成各种不同数量的数据通道。例如，一个x32交换器可允许一个x16，一个x8和八个x1连接或任何类似组合。 PCI Express可达256种交换级别，但实际应用中尚达不到该极限。同样，交换器的延迟时间通常也增加了100到200毫微秒。因而，设计者将需要为一个特定系统确定端点之间的最大延迟。 除更快的速度与更多的扩展选项之外，PCI Express还包含了许多增强功能。PCI Express虚拟通道允许系统支持同步(或等时)数据传输和各种级别的服务品质(QoS)。热插支持是电源管理的一个标准功能。同样支持数据整合，尽管端对端CRC是一项可选功能。大多数PCI Express交换器芯片仍然执行了其完整的功能。 桥接 首批PCI Express产品包含许多PCI Express桥(图 1)。这些桥通常用于将PCI Express与PCI和PCI-X总线连接起来。 NEC Electronics Corp.、PLX Technology和Texas Instruments是PCI Express桥芯片的主要供应商。桥芯片的性能并非完全一样，大多数在支持功能与带宽方面相对灵活。该表格列出了可用于PCI Express系统的各种不同的桥配置。某些桥芯片，象PLX Technology的PEX 8104 PCI-X-to-PCI Express桥可支持所有的配置。 桥接技术正在向芯片技术发展。接口芯片，如用于千兆位以太网和串行ATA的芯片目前已应用于PCI和PCI-X接口。随着科技的不断发展，这些接口芯片上的透明PCI Express桥芯片降低了材料成本，同时迅速提供本域PCI Express芯片。这允许有更多的时间过渡到本域PCI Express。它类似于将一个PCI Express桥并入一个带有PCI/PCI-X设备的PCI Express电路板上。 芯片中的PCI Express技术 PCI Express技术在服务器和工作站市场上的出现得益于通过包含北桥与南桥的芯片组对处理器和外围设备的区隔。这些是应用PCI Express支持的理想场所。要时刻记住，这些桥芯片与PCI Express桥芯片不同。 Intel、Silicon Integrated Systems和Via Technologies可提供接入Pentium处理器和PCI Express的桥芯片。x16连接主要应用于视频接口，较少情况下PCI Express连接也处理外围设备接口。连接数目少于16比较适宜，即使对于高速外围设备，如以太网和串行ATA也是如此。 Via的PT890和K8T890北桥芯片组与VT8251南桥协同工作。均具有PCI Express连接。北桥芯片包含一个x16和一个x4连接，分别为视频和外围设备设计。Via的66-MHz，16位超V-Link实现了北桥与南桥的连接。该连接足够处理南桥中的x2 PCI Express连接，主要用于低速PCI Express外围设备。 Silicon Integrated Systems的SiS656北桥可将一个Pentium 4处理器与一个x16 PCI Express接点连接起来。其用来与SiS965南桥协同工作，包含一个x1 PCI Express连接和一组常规内置外围设备。 Advanced Micro Devices的基于HyperTransport的Opteron和Athlon 64将通过一个HyperTransport至PCI Express桥(例如SiS756及其x16 PCI Express接点以及对SiS965南桥的支持)接入PCI Express。许多设备将直接接入HyperTransport，例如视频和高速通信接口，象InfiniBand和千兆位以太网等。另外，使用该类PCI Express桥与使用北桥或南桥没有区别。 PCI EXPRESS技术在视频领域的应用 从PCI移转至AGP(高级图形处理器端口)极大地改善了PC图形处理性能，但其专用接口比较昂贵。 主板一般都带有一个单一的AGP插槽，难以支持多监视器，直至双监视器适配器的出现，这一问题才得到解决。x16 PCI Express插槽现在具有高端图形处理所需的性能，使得PCI Express有了用武之地(除非系统周围具有HyperTransport浮点)。 首要的视频控制器供应商ATI和Nvidia采用PCI Express x16作为高端图形处理的平台代替当前的AGP x8标准。Nvidia可提供许多建立在PCI Express技术之上的芯片，从高端产品GeForce PCX 5950到低端入门级GeForce PCX 4300。 卡中的PCI Express技术 移转至PCI Express意味着许多硬件需要发生变化。主板尺寸需要改变。连接器需要改变。但软件不会改变。 PCI-SIG和PICMG带来了众多的PCI Express适配器标准，包括针对x1、x4、x8和x16插槽的标准。设计该标准和插槽旨在让通道数目较少的板卡仍然可插入系统。PCI Express自动协调功能将确定板卡的性能并作相应的处理。尽管如此，不要期望系统每个插槽的通道数量达到极限。PCI Express交换芯片成本较高，故应当设计一个与目标环境匹配的系统。x1插槽能够为低端外围设备和数据采集卡提供足够的带宽。 所有卡型均在改头换面。用于笔记本电脑的PCI微型卡符合PCI-SIG确立的PCI Express微型卡标准(图 2)。它合成了一个x1 PCI Express连接，USB 2.0接口和SMBus接口。后者适用于管理选项。这些板卡也可用于嵌入式设备。 同样，PCMCIA卡和CardBus标准与ExpressCard类似(图 3)。ExpressCard采用一个x1连接，并带有USB 2.0和SMBus接口。似乎有些相似？ExpressCard具有两种板型，其体积均比一个标准PCMCIA卡要小。 PCI整合型适配卡(PMC)得到了面向PCI Express的VITA-42 XMC标准的支持。根据标准设计的板卡可用于兼容的VME和带有XMC整合型插槽的CompactPCI卡。 PICMG的高级整合型适配卡(AMC)标准将支持许多高速串行接口，包括PCI Express、AS和以太网。AMC将目标锁定为AdvancedTCA载接板。 另外，PCI-SIG用于服务器I/O模块。该设计比面向企业级服务器的专有刀锋型服务器解决方案更具优势。其旨在提供更佳的热插支持并改善配电及冷却配送性能。这些电路板安装在紧凑型盒内。 充分利用PCI和PCI-X总线架构的系统，如PC/104将需要开发一种新的设计，因为PCI Express不适用于堆栈。 这个问题仅仅在使用单一主板时才会出现。PC/104如何或是否会移转到PCI Express将是一个引人入胜的话题。 如果会，那么在什么时候？ PCI Express已经问世。服务器、工作站和笔记本电脑将在今年普及这项技术，届时将产生大量的PCI Express芯片需求。这包括采用AdvancedTCA和CompactPCI板型的机板级产品。 PCI和PCI-X与ISA的发展道路有望相同。二者均将保留主板上的固定元件，并通常带有从x16到x1的PCI Express插槽。在未来10年中，PCI和PXI-X插槽将逐渐消失。 嵌入式设计将耗费稍长的时间。PCI Express交换芯片现已上市，但大多数开发者不愿与桥芯片争夺市场。他们宁愿将PCI Express技术用于CPU和外围设备。最终，这将真正简化了系统设计，因为它仅仅是一个如何选择合适的处理器、外围设备和PCI Express交换芯片的问题。 下一代PCI Express即将面世。它将需要新的实体层并可以6.25 GB/s的速度运行，是目前标准的两倍。向后兼容性将是该标准的强制性要求。虽然需要等待相应硬件的面世，但我们仍然期待在2005年该标准获得批准。 如果您尚未注意到PCI Express，那么建议您注目。不要再等到下一代PCI Express的发布。也许您的竞争对手早已对此技术了如指掌。 作者：William Wong | 
