串行 RapidIO: 高性能嵌入式互連技術(shù)

RapidIO網(wǎng)絡(luò)主要由兩種器件，終端器件（End Point）和交換器件（Switch）組成。終端器件是數(shù)據(jù)包的源或目的地，不同的終端器件以器件ID來區(qū)分。RapidIO支持8 bits 或 16 bits器件ID，因此一個(gè)RapidIO網(wǎng)絡(luò)最多可容納256或65536個(gè)終端器件。與以太網(wǎng)類似，RapidIO也支持廣播或組播，每個(gè)終端器件除了獨(dú)有的器件ID外，還可配置廣播或組播ID。交換器件根據(jù)包的目地器件ID進(jìn)行包的轉(zhuǎn)發(fā)，交換器件本身沒有器件ID。

RapidIO的互連拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常靈活，除了通過交換器件外，兩個(gè)終端器件也可直接互連。以德州儀器(TI)的TMS320C6455 DSP為例，它有4個(gè)3.125G的SRIO口，它可支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 RapidIO支持靈活多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
物理層協(xié)議

RapidIO 1.x 協(xié)議定義了以下兩種物理層接口標(biāo)準(zhǔn)：

1. 8/16 并行LVDS協(xié)議
2. 1x/4x 串行協(xié)議 (SRIO)

并行RapidIO由于信號(hào)線較多（40～76）難以得到廣泛的應(yīng)用，而1x/4x串行RapidIO僅4或16個(gè)信號(hào)線，逐漸成為主流，所以本文僅介紹串行RapidIO。

串行RapidIO基于現(xiàn)在已廣泛用于背板互連的SerDes（Serialize Deserialize）技術(shù)，它采用差分交流耦合信號(hào)。差分交流耦合信號(hào)具有抗干擾強(qiáng)、速率高、傳輸距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。差分交流耦合信號(hào)的質(zhì)量不是由傳統(tǒng)的時(shí)序參數(shù)來衡量，而是通過眼圖來衡量，眼圖中的“眼睛”張得越開則信號(hào)質(zhì)量越好。圖5是一個(gè)典型的串行RapidIO信號(hào)的眼圖。

圖5 串行RapidIO信號(hào)眼圖

差分信號(hào)的強(qiáng)弱由一對(duì)信號(hào)線的電壓差值表示，串行RapidIO協(xié)議規(guī)定信號(hào)峰－峰值的范圍是200mV－2000mV。信號(hào)幅度越大，則傳輸距離越遠(yuǎn)，RapidIO協(xié)議按信號(hào)傳輸距離定義兩種傳輸指標(biāo)：

1. 短距離傳輸(Short Run)，=50厘米，主要用于板內(nèi)互連，推薦的發(fā)送端信號(hào)峰－峰值為500mV－1000mV
2. 長(zhǎng)距離傳輸(Long Run)，>50厘米，主要用于板間或背板互連，推薦的發(fā)送端信號(hào)峰－峰值為800mV－1600mV

為了支持全雙工傳輸，串行RapidIO收發(fā)信號(hào)是獨(dú)立的，所以每一個(gè)串行RapidIO口由4根信號(hào)線組成。標(biāo)準(zhǔn)的1x/4x 串行RapidIO接口，支持四個(gè)口，共16根信號(hào)線。這四個(gè)口可被用作獨(dú)立的接口傳輸不同的數(shù)據(jù)；也可合并在一起當(dāng)作一個(gè)接口使用，以提高單一接口的吞吐量。

德州儀器TMS320C6455 DSP上集成了標(biāo)準(zhǔn)的1x/4x串行RapidIO接口，如圖6所示。

圖6德州儀器TMS320C6455 DSP 1x/4x 串行RapidIO接口框圖