VPX总线技术国科环宇PPT课件.ppt

VPX技技术在国防在国防领域的域的应用用-暨高速串行技高速串行技术的的实现及及趋势 高速串行技高速串行技术简介介 VPXVPX总线技技术和典型和典型应用用标准工准工业总线发展展历程程 VME 16VME 32VME 64VME 64xVME 320VITA 41(VXS)40 Mbytes/secExp.0 x16(CPCI E)8,000 Mbytes/sec264 Mbytes/sec1000 Mbytes/sec300+Mbytes/sec160 Mbytes/sec80 Mbytes/sec20 Mbytes/sec132 Mbytes/secCPCI 32 x 33MHzCPCI 64 x 33MHzCPCI 64 x 66MHz528 Mbytes/secParallel BusHigh Speed Serial InterconnectVITA 46（VPX）10,000 Mbytes/secPICMG3.0(ATCA)12,500 Mbytes/sec为什么要采用高速串行互什么要采用高速串行互连技技术？国防国防领域各种域各种实际应用的需要用的需要 高速数据采集、高速数据采集、软件无件无线电、图形形图像像处理、理、实时视频传输 例如：例如：雷达信号采集：雷达信号采集：1GHz，12bit，多信道，多信道 单信道所需信道所需带宽：1G2 2GByte/s 多信道所需多信道所需带宽：n2GB/s 处理器理器处理能力的提高需要新的互理能力的提高需要新的互连技技术 CPU主主频：133M 1G 2G 3G 单芯片集成的芯片集成的处理器核：理器核：CPU：单核核 双核双核 4核核 8核核 GPU：几百核：几百核 数据数据处理能力：理能力：单个个GPU卡：几百卡：几百GFlops GPU集群：集群：TFlops PCI/CPCI总线数据数据带宽：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3313260701995PCI(v2.1)64位665282003002002PCI-X64位1008003004002004PCI-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BLT40201994VME6464位MBLT80401997VME64X64位2eVME160701999VME32064位2eSST320500300 VME总线数据数据带宽：并行并行总线数据数据带宽高速串行互高速串行互连技技术简介介何何谓高速串行高速串行 并行并行总线：一个：一个时钟周期，数据的各位同周期，数据的各位同时传送、接收送、接收 高速串行：在数据高速串行：在数据线上将数据一位一位地依次上将数据一位一位地依次传送、依次接收送、依次接收 高速串行互高速串行互连技技术的特点的特点 采用低采用低压差分信号差分信号对组成串行成串行传输通道通道 信号信号传输速度更高、信号速度更高、信号摆动更小、功耗低、抗干更小、功耗低、抗干扰能力能力强 时钟与数据合并与数据合并进行行传输 克服克服时钟和数据的抖和数据的抖动问题、极大提高、极大提高传输速率、降低速率、降低IC引脚数，引脚数，获得得较佳的信号完整性佳的信号完整性 采用点到点的互采用点到点的互连方法方法 独立的独立的连接接链路、独享路、独享带宽 提供通道提供通道绑定（定（Channel Bonding）功能）功能 例如：例如：1通道：通道：3.125G bps 0.8=2.5G bps 4通道：通道：3.125G bps 0.8 4=10G bps VPX总线常用拓扑常用拓扑结构构主流的高速串行主流的高速串行协议介介绍PCI-Express；Rapid IO；10Gb Ethernet；Infiniband PCI-Express 2002年，年，Intel、AMD、DELL、IBM主主导完成完成规范，目前广泛范，目前广泛应用在用在PC、服服务器、存器、存储、嵌入式、嵌入式计算、算、测量量测试领域域 规范提供范提供 X1，X2，X4，X8，X16和和X32通道多种通道多种选择，以，以满足不同足不同 系系统设备对数据数据传输带宽不同的需求。不同的需求。PCIe速率：速率：2.5Gbaud，5Gbaud，8Gbaud，PCIe数据数据带宽：PCI Express链路宽度12481632数据带宽（GByte/s）0.5124816PCI-Express 典型拓扑典型拓扑结构构 PCIe采用采用NT模式，也可以支持多主系模式，也可以支持多主系统主流高速串行主流高速串行协议简介介 Serial Rapid IO Freescale和和Mercury共同提出的共同提出的一种高性能、低引脚数、基于一种高性能、低引脚数、基于报报文交文交换换 的互的互连连技技术术。1997年开始制年开始制订标准，在准，在2001年完成基本年完成基本规范范，在，在2003 年年10月，正式成月，正式成为ISO/IEC标准。准。主要主要应用用场合：合：多多DSP系系统互互连、DSP与与处理器理器间互互连 Serial Rapid IO拓扑拓扑结构构 单星、双星、星、双星、链式式RapidIO体系体系结构构RapidIO 规范定范定义了了3 层体系的体系的结构构协议，分，分别为逻辑层规范、范、传输层规范和物理范和物理层规范范。逻辑层规范定范定义了整个了整个协议和包的和包的格式，格式，这些信息是些信息是进行通信的行通信的终端完成初始化和事端完成初始化和事务处理所必理所必需的；需的；传输层规范范为包在包在终端端间传输提供了路由信息；物理提供了路由信息；物理层规范范则描述了一些描述了一些设备级的接口信息，如包的接口信息，如包传输机制、流控制机制、流控制机制、机制、电气特性和低气特性和低级差差错管理等。管理等。主流的高速串行主流的高速串行协议介介绍 SRIO传输带宽：SRIO规范中范中支持的波特率支持的波特率：1.25G，2.5G，3.125G，6.25G 按照按照6.25G 波特率波特率计计算算：46.25Gbps0.8=20Gbps。PCIe和和SRIO比比较 1）数据）数据传送：送：协议开开销：PCI e是是60字字节，SRIO是是28字字节；例如：例如：当当传输32字字节时，PCI E的端到端可靠的端到端可靠传输协议开开销是是188%，而，而RapidIO 互互连开开销只是只是88%数据包最大有效数据包最大有效载荷荷：PCI E是是4096Bytes，SRIO是是 256Bytes SRIO适合于小包适合于小包传输、实时性性强的嵌入式系的嵌入式系统 PCIe适合于高速适合于高速图形数据等大数据形数据等大数据传输场合合 2）应用用场合：合：SRIO灵活的拓扑灵活的拓扑结构，更加适构，更加适应异构、多主的系异构、多主的系统应用；用；PCIe的的树形拓扑架构保形拓扑架构保证了与了与PCI系系统的后向兼容性，的后向兼容性，实现简单、成本低廉、成本低廉主流的高速串行主流的高速串行协议介介绍 InfiniBand InfiniBand 是一个是一个统一的互一的互联结构，主要用于磁构，主要用于磁盘阵列、列、SANs、LANs、服服务器和集群服器和集群服务器器进行互行互联，目前主要，目前主要应用在用在HPC(高性能高性能计算算)、企、企业数据中心。数据中心。InfiniBand 特点：特点：1）高）高带宽：4xQDR 40Gbps,12x QDR 120Gbps；2）低）低时延：交延：交换机机时延延140ns、应用程序用程序时延几延几s 3）支持）支持RDMA(Remote Direct Memory Access)主流的高速串行主流的高速串行协议介介绍 10G以太网以太网 10G以太网（以太网（802.3ae）标准是准是2002年年7月在月在IEEE通通过。传输介介质：光：光纤，多模光，多模光纤300米，米，单模光模光纤1040公里。公里。由于企由于企业和和电信市信市场的需求和网的需求和网络体系体系结构各不相同，构各不相同，802.3ae标准准支持以下不同支持以下不同应用中的用中的编码方式方式：8B/10B编码10GBASEX；64B/66B 10GBASER；SONET兼容的兼容的帧封装封装 10GBASEW；2006年年6月，月，IEEE 802.3an 10GBASE-T规范得以批准通范得以批准通过。传输介介质：UTP铜质电缆，CAT6类线缆，100米米 接口：支持接口：支持RJ45 VPX总线的的发展展历史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VITA 46.0 VPX Base Standard VITA 46.1 VMEbus Signal Mapping on VPX VITA 46.3 Serial RapidIO on VPX VITA 46.4 PCI Express on VPX Fabric Connector VITA 46.5:Hypertransport on VPX Fabric Connector VITA 46.6:Gigabit Ethernet on VPX Fabric Connector VITA 46.7 Ethernet on VPX Fabric Connector VITA 46.8:Infiniband on VPX Fabric Connector VITA 46.9 XMC/PMC/GbE Signal Mapping to 3U/6U VITA 46.10 Rear Transition Module on VPX VITA 46.11 System Management on VPX VITA 46.12 Fibre Optic Interface on VPX VITA48标准准VITA 48.0 Mechanical Specification for Microcomputers Using Ruggedized Enhanced Design Implementation(REDI)VITA 48.1(Air Cooling)/VITA 48.2(Conduction Cooling)VITA65(OpenVPX)标准准VPXVPX总线结构特点构特点VPX（VITA46）定义2种结构尺寸:3U和6U 3U VPX 3U VPX模模块的的结构构 6U VPX模模块的的结构构 3U VPX3U VPX背板的背板的结构构 6U VPX6U VPX背板的背板的结构构谢谢！2024/3/9 周六周六21