基于FPGA的可动态配置国产PCIe Switch应用设计

刘 鑫，林凡淼，刘 凯

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214072）

PCIExpress（PCIe）总线是目前数据处理设备之间传输高速数据信号的主流总线。相较于采用单端并行总线形式的PCI/PCI-X总线，PCIe采用了高速串行差分总线形式，满足了处理器与设备之间高性能、高可靠性、易于布线的数据通讯需求[1-2]。

PCIe总线以PCIe Switch（PCIe交换机）为核心构建总线拓扑结构，广泛应用于芯片级、模块级互联，为解决长距离的系统级PCIe互连提供了新思路[3]。

1 PCIe总线要点概述

PCIe总线为全双工串行总线，为设备提供高速、高性能、点对点的通信链路，可以根据负载应用需求调整PCIe通道数量，进而改变设备的带宽。不同于PCI/PCI-X基于总线共享的交换模式，PCIe总线需要通过交换器实现多台PCIe设备互联[4]。典型的PCIe总线系统拓扑结构如图1所示。

图1 PCIe总线系统典型拓扑结构

PCIe总线系统主要由根复合体RC、交换器及端点设备组成。RC为CPU内部总线向外部总线过渡的通信媒介，是PCIe总线操作的实际管理者；Endpoin（t EP）处于PCIe总线系统拓扑结构的末端，接收来自上级拓扑的数据包或者向上级拓扑发送数据包[5]。

PCIe Switch对PCIe总线进行扩展，形成完整的PCIe总线拓扑结构，是支撑总线通讯的关键环节。PCIe总线规定，在一个Switch中与RC直接或者间接相连的端口为上游端口，其他所有端口被称为下游端口。下游端口一般与EP相连，或者连接下一级Switch继续扩展PCIe链路[6]。

2 国产交换芯片技术要点

国产PCIe Switch芯片设计对照的国外芯片型号为IDT公司生产的89PES12T3G2，是一款基于PCIe-2.0总线协议的高性能交换芯片，广泛应用于服务器、存储器、网络交换器等设备。……