一种PCIe 交换电路设计与实现

林凡淼，刘 鑫，陆晓峰

（中科芯集成电路有限公司，江苏无锡 214072）

1 引言

高速串行计算机扩展总线标准(PCIe)是外设部件互连标准(PCI)的一种，相比于 PCI 应用技术[1]，PCIe是比其更快的串行通讯系统，从中衍生出了众多基于PCIe的应用技术，如与FPGA 相结合的PCIe接口DMA 传输[2]、高速数据采集系统[3]、高速 PCIe密码卡[4]等。鉴于对PCIe越来越多的需求场合以及更好的热插拔技术[5]，传统PCIe一一对应的总线结构已满足不了各处理器之间的数据共享和传输，因此研究更多接口的“一对多”交换技术是十分有必要的。

文献[6-7]和文献[8]分别采用的是IDT 公司以及PLX 公司的PCIe交换电路芯片，能很好地完成多处理器间高速数据的传输和数据交换，但这些交换电路的设计以及对芯片的配置较为复杂，外围电路采用的芯片不通用或濒临淘汰，所以需简化电路及配置，使外围器件通用化。本文以国产CPU 为核心，选择合适的通用器件来搭建外围电路，设计了一种PCIe交换电路及简单有效的测试方法，可满足多PCIe总线之间高效且丢包率低的数据共享和传输的需求。

2 交换电路的设计

根据功能需求，整个电路系统集成在一块板卡上，该系统包括CPU 模块、PCIe接口(上下游)模块、时钟及复位模块、电源模块、热插拔及I/O 扩展模块、基本模式配置模块、EEPROM 模块等。各个模块通力协作，组成整个电路系统，系统架构如图1 所示。

图1 交换电路系统架构

上游为PCIe金手指(定义为P0)，下游为2 个PCIe卡槽 (定义为P2 和P4)，通过基本模式配置电路对CPU 进行模式配置，使得上下游的数据进行传递，为下游的设备提供数据和时钟信号。……