基于串行RapidIO协议的包交换模块的设计与实现

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1、第40卷第3期2010年5月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．3Mav．20lO基于串行RapidIO协议的包交换模块的设计与实现高毅，刘永强，梁小虎(中国航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：RapidlO包交换模块是嵌入式数字信号并行处理系统中的关键模块，为系统中的各个数据处理模块、信号处理模块交换和传输高速数据。从计算技术的发展趋势和需求出发，介绍了高速互连技术的发展，特别是RapidIO技术在嵌入式系统中的应用，以及基于串行RapidIO协议的包交换模块的设计与实现。关键词：Rapi

2、dIO；嵌入式系统；并行处理技术；高速互连中图分类号：TP336文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)03．0123．04引言现代航空电子系统包含雷达、通信导航识别(CNI)、电子战、显示控制等一系列子系统，采用嵌入式数字信号并行处理技术可以实现对海、陆、空多种信息的及时传输和处理。如何提升多个并行信号处理模块、数据处理模块之间的互连通信性能是提高整个嵌入式数字信号并行处理系统性能的关键。传统的并行总线，已经无法满足系统的互连通信需求。新兴的高性能互连通信技术如PCIExpress、RapidlO、Hyper—Transport、Infin

3、iBand等正不断涌现。其中，RapidlO是一种高性能低引脚数基于报文交换的互连体系结构，具有高带宽、低延时、高效率、高可靠性等优点，能够为高性能嵌入式系统内部互连通信提供良好的解决方案。本文讨论的重点是设计和实现能满足嵌入式数字信号并行处理技术发展趋势的串行RapidIO协议包交换模块。1互连技术的发展互连技术是整个计算技术的发展过程中一项非常关键的技术，其技术特性决定并行计算机的处理能力，进而决定计算机整体性能。无论现在还是将来，互连技术都将制约着计算机技术的应用与发展。1．1传统并行总线的局限传统总线多采用并行工作方式，要提高并行总线传输速率通常只

4、能通过增加位宽或提高工作频率两种方式。若通过增加位宽来提高总线传输速率将会引起互连器件引脚数的增加，封装尺寸的增加，占用印制板面积的增加等，进而增加产品成本。若通过提高总线工作频率来提高传输速率则会受到总线连接设备数目的限制。因为，在总线上增加器件相当于增加容性负载，而容性负载增加会使信号的上升和下降时间的增加，限制总线的工作频率。而且，总线频率升高也会带来工程实现上的问题，比如信号完整性问题、多路信号的时延控制等¨J。1．2新一代互连技术近年来，一系列新兴的高性能互连技术相继涌现，如RapidlO、PCIExpress、HyperTransport和In

5、finiBand等。它们大都采用基于报文交换的点到点互连结构替代传统并行总线结构，提供了高带宽、低延迟、可扩展的I／O互连，很大程度上克服了传统并行总线结构的种种弊端p一。其中RapidIO属于系统内部互连技术，主要针对高性能嵌人式系统内部互连。它可以作为处理器总线、本地I／O总线，还可以跨越背板连接处理器、存储器和外部设备。2RapidIO体系结构2．1RapidIO互连体系的层次RapidlO从体系结构上可以分为三层，分别是逻辑层、传输层和物理层。逻辑层界定了协议和包格式；传输层规定RapidlO地址空间和在端点器件问传输包所需的路由信息；物理层定义包

6、传送机制、电气特性和信息流控制及低级错误管理等方式。这种分层方式使Ra．pidlO体系结构具有可扩展、模块化和可重用等特性。收稿日期：2009一11．30修订日期：2009．07—12作者简介：高毅(1983一)，女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为高性能数据信号处理。·124-航空计算技术第40卷第3期2．2RapidlO的主要协议2．2．1包控制与符号RapidlO的传输操作基于请求和响应机制，系统端点器件之间基本的通信单元是包。发起者发出传输请求，请求包被传输到相邻的交换器件，进入交换机构，通过交换机构完整的请求包被传输到目标器件；目标器件根据请求

7、完成响应操作，发送响应包，响应包再经过交换机构回到发起者，完成一个完整的传输过程。控制符号工作在RapidlO物理层，用于互连通信时的传输管理，如包确认、流控信息和功能维护等_3J。2．2．2包格式RapidlO包由多个字段组成，这些字段分别属于三级规范体系结构，如图1所示，阴影、白色和灰色的部分分别属于物理层、传输层和逻辑层H]。图1RapidlO包字段组成2．3系统拓扑结构RapidlO技术多采用基于交换机(Switch)的拓扑结构，端点设备间不直接互连而是通过交换机互连。逻辑报文从一个端点设备送往另一个端点设备要通过交换机解释报文中的传输层信息，并进

8、行路由，这种方法使系统中的多个设备可以并行通讯。RapidlO还支