交换接口控制器的可扩展设bob综合体育官方入口
  • 时间:2022-06-19
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与传统ASIC相比,FPGA和结构化ASIC具有复用灵活性高、上市时间快、性能好、成本低等优点。FPGA和专用IP模块可用于现有的商用AdvancedTCA平台,并可用于开发可扩展的交换接口控制器(FIC ),以加快产品开发的设计,并使线卡方案稳健且具有成本效益。当今的通信和计算系统制造商正在设计基于模块化系统架构的下一代平台,以缩短开发周期,减少新设备的资本支出,并在添加新功能和服务时最大限度地降低运营费用。模块化平台使设备制造商能够在一套通用的构建模块上设计各种类型的系统,从而通过实现一定的规模经济来保持竞争力。

图1:SPI 4.2至ASI开关接口控制器的功能框图。左边是从SPI4.2到NPU的接口,右边是从ASI到交换结构的连接。

实现模块化的一个必不可少的步骤是让设备制造商共同创建一套电路板和机架的通用物理互连标准。AdvancedTCA是PCI工业计算机制造商组织(PICMG)定义的系统配置参数,提供了机架尺寸、线卡、I/O模块、交换接口(星型和网状拓扑)、额定功率等平台单元的标准规范。高级TCA标准的主要目标是提供一个基于标准的硬件平台。该硬件平台由机架和存储刀片、网络处理器卡、控制平面刀片和管理模块的组合构成,以构建模块化操作产品。这些产品面向电信接入融合平台和边缘平台应用。

AdvancedTCA背板接口的行业标准集的定义使系统集成商在其交换机接口卡和线路卡之间的互连中具有更大的灵活性和互操作性。AdvancedTCA网络接口采用开放接口协议,采用子规范PICMG 3.1-3.5提供可互操作的电路板。这些子规范支持以太网、光纤通道、Infiniband、PCI Express、STarFabric、高级交换互连(ASI)和串行RapidIO。一些大型OEM向AdvancedTCA规范的转变标志着从定制的、专有的和基于互连的平台向基于开放标准的COTS平台的转变。

PCI Express和ASI

系统可扩展性和模块化需要通用互连以支持多种应用中芯片和/或子系统的无缝集成。随着背板性能从40Gbps提升到160甚至320Gbps,必须仔细设计以确保交换结构和数据流源头之间的接口不会出现传输瓶颈。交换接口必须在支持关键的结构需求,诸如数据吞吐、流控制和按流排队的同时,以良好的信号完整性高效地传输2.5Gbps到超过10Gbps的数据流。

图2:包含ASI报头、可选的PI0和PI1报头及一个PI2报头的TLP。PCI和ASI系统的可扩展性和模块化要求通用互连,以支持各种应用中芯片和/或子系统的无缝集成。随着背板性能从40Gbps提升到160 Gbps甚至320Gbps,必须精心设计,确保交换结构与数据流源之间的接口不会出现传输瓶颈。交换机必须支持关键的结构要求,如数据吞吐量、流量控制和根据流量排队,同时以良好的信号完整性高效传输2.5Gbps至10Gbps以上的数据流。图2:带有ASI接头、可选PI0和PI1接头以及PI2接头的TLP。

PCI Express和ASI是两种标准的交换结构技术,它们有潜力使标准、最新的交换设备和交换接口器件的市场急剧增长。PCI Express具有跨越从计算到通信生态系统的制造、技术支持和产品开发的经济规模。把PCI Express移植到串行互连的好处在于:具有物理和性能上的可扩展性;改善了可靠性;实现了全双工传输;布线和电缆连接更简单、成本更低。

ASI通过定义兼容的扩展来增强PCI Express,从而解决诸如对等通信的支持、QoS、多播和支持多协议封装的要求。PCI Express和ASI是互补协议,许多系统两者都采用以满足目前尚无法实现的设计要求。随着新型组帧器、网络处理单元(NPU)和交换结构采用ASI,有必要将ASI与其它接口规范桥接起来,例如与SPI3、SPI4.2和CSIX桥接。这种桥接功能可以方便地与交换接口控制器集成在一起。

FIC架构:

一个SPI4.2到ASI控制器的功能(图1)包括:

1. ASI到SPI4.2的双向桥接,可从2.5Gbps扩展到20Gbps(x1、x4或x8路);

2. 为端点和桥接组装和分拆ASI事务层数据包(TLP);

3. 支持1到64,000个连接队列(CQ);

4. 在SPI4.2上支持多达16个通道;

5. 可编程通道映射到SPI4.2;

6. 支持一个可旁路的、三个有序的和一个多播虚拟通道(VC);

7. 可编程最大数据包长度为64到80字节;

8. 链路层基于信用量的流控制;

图3:PI2封装示例。通过去除SPI4.2协议控制字(PCW)并增加ASI报头、可选PI0和PI1报头以及PI2报头,初始SPI4.2突发数据流被转换到ASI TLP之中。PCI Express和ASI是两种标准的交换结构技术,它们有可能使标准的、最新的交换设备和交换接口设备的市场迅速增长。PCI Express拥有从计算到通信生态系统的制造、技术支持和产品开发的经济规模。将PCI Express移植到串行互连的优点是:物理和性能可扩展性;可靠性提高;实现了全双工传输;布线和电缆连接更简单,成本更低。ASI通过定义兼容扩展来增强PCI Express,从而解决支持对等通信、QoS、组播和支持多协议封装的需求。PCI和ASI是互为补充的协议,很多系统都采用两者来满足目前无法实现的设计要求。随着ASI在新成帧器、网络处理单元(NPU)和交换结构中的采用,有必要将ASI与其他接口规范(如SPI3、SPI4.2和CSIX)桥接起来。这种桥接功能可以很容易地与交换机接口控制器集成。FIC架构:SPI4.2到ASI控制器(图1)的功能包括:1 .ASI和SPI4.2之间的双向桥,可从2.5Gbps扩展到20Gbps(x1、x4或x8通道);2.组装和分解端点和网桥的ASI事务层数据包(TLP );3.支持1到64,000个连接队列(CQ););4.SPI4.2上最多支持16个通道;5.可编程通道映射到SPI4.2;6.支持一个旁路、三个有序和一个组播虚拟信道(VC);7.可编程的最大数据包长度为64至80字节;8.链路层基于信用的流量控制:图3:3的例子:PI2包。通过去除SPI4.2协议的控制字(PCW)并添加ASI报头、可选的PI0和PI1报头以及PI2报头,将初始SPI4.2突发数据流转换为ASI TLP。

9. CRC生成和误码校验;

10. 处理连续的背靠背数据包结束符(EOP);

11. DIP4奇偶位生成和校验;

12. 状态通道组帧、DIP2生成和校验;

13. 状态同步生成丢失和检测;

14. 训练序列生成和检测;

15. 全同步设计(800Mbps);

16. 与OIF兼容的SPI4阶段2;

17. 与ASI-SIG兼容,ASI核心架构规范修订版1.0。

在SPI4.2到ASI方向,必要时对进入的SPI4.2数据包进行分段,并根据流量类型(单播或多播)和等级映射到VC FIFO缓冲器。用户在SPI4到VC映射表中对缓冲到SPI4.2接口的通道映射信息进行编程,接口上的数据包按照表中所示传输到相应的缓冲器。ASI调度器读取队列并将TLP发送到交换结构。

每一个SPI4.2通道FIFO缓冲器的填充水平被转换为“空虚-未满-饱满”状态,并通过接收状态通道(RSTAT)发送到对等的SPI4.2发送器。当有空间时,在SPI4.2接口上接收的数据包被传输到相应的VC FIFO缓冲器。

SPI4.2和每一个VC支持最多16个通道(通道0到15)。下面是从SPI4.2到VC的示范通道分配:

1. SPI4.2通道0到7被映射为8个可旁路虚拟通道(BVC);

2. SPI4.2通道8到11被映射为4个有序虚拟通道(OVC);

3. SPI4.2通道12到15被映射为4个多播虚拟通道(MVC)。

ASI到SPI4.2的输出数据包流

在ASI到SPI4.2方向,采用可编程地址映射表(图2),从指定VC的交换结构输出的ASI TLP和流量等级被映射到16个SPI4.2通道中的一个。用户在VC到SPI4表中对VC到SPI4.2接口的通道映射信息进行编程。数据复用(MUX)记录表RAM(VCS4记录表RAM)包含从VC接口FIFO缓冲器读数据到把数据传送至SPI4.2接口的调度。VCS4记录表RAM有16个位置。


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