用FPGA构建PCI Express端点器件的最佳平台

关键字： PCI Express  FPGA  时钟数据恢复 

PCI Express互连架构主要针对基于PC的系统，但就像PCI一样，PCI Express也很快转移到其他系统类型，如嵌入式系统。它规定了三种类型器件：根联合体(root complex)、交换器件和端点(图1)。根联合体大致等同于PCI主机，CPU、系统存储器和图形控制器与之相连接。由于PCI Express的点对点特性，必须使用交换器件来增加系统功能的数量。PCI Express交换器件将上游端的根联合体器件连接到下游端的端点。

端点功能类似于PCI/PCI-X器件。最常用的端点器件有以太网控制器或存储主机总线适配器(HBA)。FPGA最常用于数据处理和桥接功能，所以其最大目标功能就是端点。FPGA实现非常适合于视频、医疗影像、工业、测试和测量、数据采集和存储应用。

PCI-SIG(PCI特别兴趣小组)采用的PCI Express规范规定每个PCI Express器件使用三个不同的协议层：物理层、数据链路层和事务层。您可以使用单芯片或双芯片解决方案来构建PCI Express端点。例如，使用Xilinx Spartan-3器件之类的低成本FPGA，您可以用商用离散PCI Express PHY(图2)来构建数据链路和事务层。此选项最适合于x1通道应用，如总线控制器、数据采集卡和提高性能的PCI32/33器件。或者，您可以使用类似Virtex-5 LXT或SXT FPGA的单芯片解决方案，它们具备集成的PCI Express PHY。此选项最适合于通讯或高清晰音频/视频端点器件(图3)，它们对性能的要求更高：x4(8Gbps吞吐量)链路或x8(16Gbps吞吐量)链路。

在选择一种技术来实现PCI Express设计之前，必须仔细考虑应用的IP选择、链路效率、兼容性测试及资源可用性。本文中，我们将简要介绍使用最新的FPGA技术构建单芯片x4和x8通道PCI Express设计的一些因素。

图1：PCI Express拓扑结构。

图2：基于Spartan-3 FPGA的数据采集卡。

图3：基于Virtex-5 LXT FPGA的视频应用。

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