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适用于下一代嵌入式系统互连要求的RapidIO技术

张慧娟?? EDNChina?? 2013年01月08日 ?? 收藏0
随着高性能嵌入式系统的不断发展,芯片间及板间互连对带宽、成本、灵活性及可靠性的要求越来越高。传统的互连方式难以满足这些要求,而专为嵌入式系统提出的RapidIO架构被认为是未来技术的最佳选择之一。日前,RapidIO行业协会执行董事SamFuller接受记者采访,深入分析了该技术的特性、发展现状及其在下一代嵌入式平台中的发展前景。

与传统嵌入式互连方式的比较

当前嵌入式系统中最主要的互连技术有以太网、PCI Express(PCIe)和RapidIO。应用于局域网互连的以太网扩展到嵌入式设备领域,其局限性是显而易见的,例如:不支持硬件纠错,软件协议栈开销较大;打包效率低,有效传输带宽因此而减小;只支持消息传输模式,不支持对对端设备的直接存储器访问(DMA,DirectMemory Access)。

PCIe尽管采用与RapidIO类似的物理层传输技术,传输速率可达到10Gbps左右。但由于其主要应用仍是计算机领域,而且为了兼容传统PCI技术,使得它在嵌入式设备方面难以支持点对点通信。

与这两者相比,RapidIO则是专门针对多处理器对等网络而设计的,它由逻辑层、传输层和物理层构成,最显著的特点就是采用了传输层规范来相容、汇聚不同的逻辑层和物理层,单一的逻辑层实体增强了RapidIO的适应性。它的传输速率非常高,现有的RapidIO Gen2交换可提供每端口20Gbps的速率。RapidIO还具有一些其它互连技术无法复制的功能,如:低时延、低抖动的系统事件分发;组合式链路层和网络层流量控制机制;可配置的误码检测和模糊拓扑路由可实现高效的备份、高可靠性和可用性;读/写和进程间通信消息语义的硬件实现。这些功能都使得RapidIO可创建性能更高、功耗更低并且更易扩展的系统。

适应复杂嵌入式系统需求

高效率、低成本、高稳定性和QoS、点对点的通信、支持DMA操作、支持分散处理和多主控系统……这些都是复杂嵌入式系统的互连需求,也是RapidIO期望满足的方向。SamFuller 从软硬件角度分别介绍了RapidIO在嵌入式领域的优势:在硬件方面,RapidIO把很多进行错误检测和错误自恢复的功能放在硬件上实现,因此在开发软件时就不需担心硬件的自动检测会恢复。而从软件的角度看,RapidIO软件的可重用性非常好,假设系统带宽从第一代的2.5G升级到第二代的5G时,对RapidIO协议来讲,仅仅是物理上的速率提高了,以前的软件可移植到新的平台上,保护了用户的投资。此外,由于越来越多的操作系统采用Linux,因此RapidIO也开发了Linux的驱动,它们内嵌在Linux内核中,便于用户直接调用。

多核嵌入式系统中,RapidIO解决方案可以帮助多内存之间的处理器实现对等的互相传输数据,各个终端通过RapidIO交换机联系,数据从一个处理器传到另一个处理器,软件层面基本是一致的;而如果采用以太网互连,还需采用NIC卡进行中转,导致软件开发较为复杂。

RapidIO发展前景

在全球市场,RapidIO的交换芯片已经发货超过400万片,整个RapidIO的接口产品已经超过4000万个终端设备。该技术目前主要应用于无线基站、高性能&云计算、成像、视频监控、视频&音频设施、军事、工业控制、测试测量等领域,NASA也正式宣布采用RapidIO作为下一代空间设备互联规范。

Sam Fuller还给出了一组数据, 目前全球100 % 的4G 基站和60%的3G基站都采用RapidIO,中国有100%的3G基站采用RapidIO。据他回顾, 2007 年刚进入中国时仅有非常少的用户,而经过五年的发展, 已经有数百家公司采用了RapidIO的解决方案。这期间,中国移动对RapidIO的发展起到了很大的推动作用。而根据中国移动的规划,今后四年内每年将会投资100亿元到基站设备的建设上。IHS预测,到2015年,TD-LTE基站将会达到15万个,中国下一代无线基础设施的投资将会在2014年达到顶峰,这都会给RapidIO带来新一轮的发展机遇。

自2001 年正式发布了第一代RapidIO规范后,第二代RapidIO规范于2008年正式公布,目前,第三代规范即将发布。Sam Fuller 表示,由于RapidIO是公开的标准,因此易于被开发出标准化的产品,这将会给芯片厂商带来更大的市场。许多半导体公司都已加入RapidIO协会, 包括: Altera 、Xilinx 、Freescale、TI、Broadcom、LSI以及海思等公司。Sam Fuller希望更多的半导体公司能够加入其中, 共同推动RapidIO 未来的发展。随着电子产品功能日益复杂, 多处理器应用增多, Sam Fuller表示, RapidIO会继续向其他领域渗透, 下一步, 微服务器将是最有潜力的应用领域。

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嵌入式互连方式? PCIe? RapidIO?

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