Eine Brücke zu PCI-Express
Dank bedeutender technischer Vorteile konnte sich der PCIe-Bus in den letzten Jahren auf breiter Front in nahezu allen einschlägigen elektronischen Systemen durchsetzen, egal ob Notebook- oder Desktop-PCs, eingebettete Computer oder auch größere 19-Systeme aus dem Bereich Storage oder Telekommunikation.
Es ist nicht nur der höhere Datendurchsatz, der diesen Siegeszug beflügelt, auch die deutliche Vereinfachung der Implementierung spielt dabei eine wesentliche Rolle. So bieten Prozessoren und Chipsätze zunehmend PCIe-Schnittstellen, verlieren aber Host-Bus-Ifce und parallelen PCI-Bus.
Damit taucht vor allem bei den Anbietern peripherer Komponenten die Problematik auf, die Designs - z.T. schon viele Jahre bewährt - auf PCIe umzustellen, will man kompatibel bleiben. Die effizienteste Methode dafür stellen PCIe-2-PCI-Brücken dar, die sich mit minimalem Entwicklungsaufwand und vor allem ohne Auswirkung auf die Betriebssoftware in bestehende Designs einfügen lassen und einen sanften Umstieg auf PCIe ermöglichen.
Tsi381, Tsi382 und Tsi384
Das Design eines Brückenbausteines ist kein einfaches Unterfangen, müssen doch 2 unterschiedliche Protokolle aufeinander abgebildet werden, ohne dabei Latenzzeiten unzulässig zu erhöhen oder den Datendurchsatz zu schmälern. Gleichzeitig soll das Ganze dann auf Systemebene noch möglichst transparent geschehen, so dass keine oder nur geringe Änderungen der Software notwendig werden.
IDT verfügt über eine umfangreiche Expertise beim Protokoll-Bridging auf PCI und PCI-X (z.B. RapidIO®, HyperTransport™, VME, Power Architecture™, XScale, etc.) und kennt die Tücken und Schwierigkeiten beim Design derartiger Komponenten sehr genau. Daher zählen die 3 PCIe-2-PCI-Bridges Tsi381, Tsi382 und Tsi384 zu den leistungsfähigsten, dabei aber im Sinne des Stromverbrauchs sparsamsten Brückenbausteinen am Markt.
Die Abbildung zeigt das Blockdiagramm des Tsi382, einer x1 PCIe-2-PCI Bridge und erste Wahl bei den meisten einschlägigen Aufgabenstellungen. Mit einer Upstrean-Write Datenrate von über 210MByte/s (Payload-Size = 128 Byte) erreicht der Baustein nahezu das theoretische Limit und verbraucht dabei nur etwa 0.7 Watt.
Hier eine Übersicht der Typen und ihren wesentlichen Produkteigenschaften:
Migration eines PCI-Designs
Ein bestehendes PCI-Design auf PCI-Express zu ändern bedeutet also lediglich, eine PCIe-2-PCI-Bridge vor die PCI-Schnittstelle des Boards zu setzen. Diese Strategie führt zwar in den meisten praktischen Fällen zu 2 Brücken in der Baugruppe, weil häufig schon eine PCI-2-Local Bridge vorhanden ist, vermeidet aber viel tiefergehende Eingriffe in die lokale Busstruktur des Adapter-Designs mit möglicherweise umfangreichen Konsequenzen für Arbitration, Steuersignale und Timing.
Zudem gibt es mit dieser Methode keinen Unterschied zwischen bus-masterfähigen oder normalen I/O-Designs, denn die Bridges unterstützen beide Implementierungsarten gleichermaßen. Nun herrschen bei Entwicklern oft Bedenken wegen der Addition von Latenzzeiten durch 2 Brücken, tatsächlich aber gibt es keinen Unterschied zwischen dieser Methode und der Verwendung einer "monolithischen" PCIe-2-Hostbus Bridge. Bei genauer Betrachtung zeigt sich nämlich, dass die Umsetzung von PCI-Express auf einen lokalen Adress/Datenbus immer mit Umsetung von PCIe-2-PCI und folgend PCI-2-Local erfolgt, mithin stets die gleichen Funktionen erforderlich sind.
Die geschilderte Methode hat aber den Charme eines minimal-invasiven Eingriffs in das bestehende Design, führt also i.d.R. wesentlich schneller zu einem marktfähigen Produkt. Tatsächlich gibt es bereits zahlreiche Produkte der Consumer-Elektronik, die mit einer Tsi381 oder Tsi382 die Migration zu PCIe vollzogen haben, wie am Beispiel der Soundkarte in der Abbildung rechts zu sehen ist.
Der schnellste Weg zu PCIe geht sicherlich über die Verwendung eines der Referenz-designs von IDT für die Brückenbausteine, die auch in praktischer Ausführung als Evaluation-Boards zur Verfügung stehen. Die Grafik rechts zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des Tsi382 Referenzdesigns - da sekundärseitig ein standard-kon-former PCI-Bus gebildet wird, können bis zu 4 PCI-Geräte angeschlossen werden. Im Gegensatz zu anderen Brücken am Markt brauchen die Tsi-Bausteine weder eine Steuerung des Power-Sequencings noch einen speziellen Clock-Buffer für die PCI-Devices, eine weitere Vereinfachung der Implementierung also. Zur Konfiguration wird ein serielles EEPROM verwendet, dessen Parameter mit der kostenlosen Windows-Software "TsiView" kontrolliert und verändert werden können.
Zur schnellen Entwicklung - die Rapid Development Kits (RDK)
Für die 3 PCIe-2-PCI-Bridges bietet IDT Evaluierungsboards an, die als Riserkarten zum Einstecken in einen x1-Slot (Tsi381, Tsi382) bzw. x4-Slot (Tsi384) und 4 Slot-Steck-verbinder entsprechend der maximalen 4 PCI-Devices in Standard-PCI bzw. 3 Slots für die schnellere PCI/X 64bit-Ausführung. Mit den Boards lässt sich sehr schnell Austesten, ob eine PCI-Adapterkarte ohne besondere Konfi-guration am PCIe-Bus betrieben werden kann oder ob Parameter wie beispielsweise Power Management etc. zu ändern sind.
Zudem bieten die Boards Footprints für sog. Midbus-Probes, mit denen sich entsprechende Analyser zur Unter-suchung der seriellen Datenüber-tragung (Augendiagramm) ankoppeln lassen. Auf der PCI- bzw. PCI/X-Seite ist das etwas einfacher, dort können beispielsweise Imposer-Karten von Nexus eingsetzt werden, um Aufzeichnungen der parallelen Bus-Transaktionen durchzuführen.
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