VPX总线技术

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VME16VME32VME64VME64xVME320VITA41(VXS)40Mbytes/secExp.0x16(CPCIE)8,000Mbytes/sec264Mbytes/sec1000Mbytes/sec300+Mbytes/sec160Mbytes/sec80Mbytes/sec20Mbytes/sec132Mbytes/secCPCI32x33MHzCPCI64x33MHzCPCI64x66MHz528Mbytes/secParallelBusHighSpeedSerialInterconnectVITA46（VPX）10,000Mbytes/secPICMG3.0(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：1G×2＝2GByte/s多信道所需带宽：n×2GB/s※处理器处理能力的提高需要新的互连技术☆CPU主频：133M－1G－2G－3G☆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：TFlopsPCI/CPCI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(v2.0)32位3313260~701995PCI(v2.1)64位66528200~3002002PCI-X64位100800300~4002004PCI-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BLT40≈201994VME6464位MBLT80≈401997VME64X64位2eVME160≈701999VME32064位2eSST320－500≈300VME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：3.125Gbps×0.8=2.5Gbps×4通道：3.125Gbps×0.8×4=10GbpsVPX总线常用拓扑结构※主流的高速串行协议介绍PCI-Express；RapidIO；10GbEthernet；Infiniband☆PCI-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：PCIExpress链路宽度×1×2×4×8×16×32数据带宽（GByte/s）0.5124816☆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：4×6.25Gbps×0.8=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μs3）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10～40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－－10GBASE－X；64B/66B－－10GBASE－R；SONET兼容的帧封装－－10GBASE－W；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RJ45VPX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–VITA46.0VPXBaseStandard–VITA46.1VMEbusSignalMappingonVPX–VITA46.3SerialRapidIO™onVPX–VITA46.4PCIExpressonVPXFabricConnector–VITA46.5:HypertransportonVPXFabricConnector–VITA46.6:GigabitEthernetonVPXFabricConnector–VITA46.7EthernetonVPXFabricConnector–VITA46.8:InfinibandonVPXFabricConnector–VITA46.9XMC/PMC/GbESignalMappingto3U/6U–VITA46.10RearTransitionModuleonVPX–VITA46.11SystemManagementonVPX–VITA46.12FibreOpticInterfaceonVPX•VITA48标准–VITA48.0MechanicalSpecificationforMicrocomputersUsing–RuggedizedEnhancedDesignImplementation(REDI)–VITA48.1(AirCooling)/VITA48.2(ConductionCooling)•VITA65(OpenVPX)标准•VPX总线结构特点–VPX（VITA46）定义2种结构尺寸:3U和6U3UVPX模块的结构6UVPX模块的结构3UVPX背板的结构6UVPX背板的结构