工控巨人ANOVO談 PCI橋接器在工業(yè)計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用

PCI bus用于計(jì)算機(jī)平臺(tái)領(lǐng)域已將近十年，以PCI總線為架構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也已運(yùn)用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，但是主流個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)的PCI架構(gòu)似乎并沒(méi)有辦法直接滿足工業(yè)用計(jì)算機(jī)的需求。工業(yè)計(jì)算機(jī)的典型運(yùn)用比如計(jì)算機(jī)語(yǔ)音整合（CTI）, 常常需要在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)插入超過(guò)十張PCI 的語(yǔ)音卡，而一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上可提供的PCI擴(kuò)充槽僅有四槽。為了能在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上增加這些擴(kuò)充槽，PCI-SIG協(xié)會(huì)就發(fā)展出一個(gè)PCI橋接器的公開規(guī)范，讓世人遵循，而工業(yè)計(jì)算機(jī)界所屬的規(guī)范制定者PICMG協(xié)會(huì)也為PCI bus及PCI橋接器的運(yùn)用制定了一些規(guī)范，成為公開標(biāo)準(zhǔn)，其中有些談及單板計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，也有些談到背板設(shè)計(jì)的規(guī)范。除了單板計(jì)算機(jī)及背板設(shè)計(jì)上需特別規(guī)范外，若將橋接器應(yīng)用到CompactPCI的單板計(jì)算機(jī)上，實(shí)際應(yīng)用還有一些特別的不同，單板計(jì)算機(jī)上的橋接器將區(qū)分成『透明橋』以及『不透明橋』。到底單板計(jì)算機(jī)及背板的橋接器設(shè)計(jì)要注意些什么？『透明橋』以及『不透明橋』又是怎么一回事呢？當(dāng)您要運(yùn)用PCI橋接器來(lái)開發(fā)應(yīng)用時(shí)，關(guān)鍵的考慮因素為何？本文希望能加以探討。

引言
為了符合應(yīng)用上的需求，在技術(shù)上總是會(huì)不斷的更新調(diào)整，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者及制造商必須跟上腳步及時(shí)做設(shè)計(jì)變更。傳統(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)主要組成含單板計(jì)算機(jī)及背板，二者之間的結(jié)合靠的是PCI/ISA金手指及其插槽，早期的4U 上架式機(jī)箱中，所采用的背板大都是4槽PCI及8~12槽的ISA，主要的擴(kuò)充是背板上的ISA插槽，在總線主流地位由ISA轉(zhuǎn)移到PCI后，多槽數(shù)PCI背板的需求應(yīng)運(yùn)而生，于是PCI橋接器開始出現(xiàn)在背板上。另一方面，電信用的歐規(guī)卡原先架構(gòu)在VME Bus上，后來(lái)在PCI 總線轉(zhuǎn)為流行之后，歐規(guī)卡上VME bus 也漸漸被PCI取代掉，催生了CompactPCI的架構(gòu)。歐規(guī)卡架構(gòu)常有多槽數(shù)需求，因此也促使CompactPCI單板計(jì)算機(jī)以及背板的設(shè)計(jì)需要將PCI橋接器考慮進(jìn)去。諸多單板計(jì)算機(jī)的應(yīng)用區(qū)分為Host CPU Card及Peripheral CPU Card，這兩種應(yīng)用都需要PCI 橋接器將CPU Card連接上背板上的PCI總線，不同的地方只是CPU Card插在系統(tǒng)槽作為Host CPU Card或是插在外圍槽作為Peripheral CPU Card，這兩種應(yīng)用所需的橋接器是不同的，分別為『透明橋』以及『不透明橋』。
以下將針對(duì)橋接器在單板計(jì)算機(jī)、背板、compactPCI上的應(yīng)用作深入探討，特別是在compactPCI的設(shè)計(jì)上，同時(shí)也會(huì)介紹一下PCI橋接器之技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

PCI橋接器在傳統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用
請(qǐng)參考圖一，傳統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)可拆解為單板計(jì)算機(jī)及背板兩大部分。背板必須依據(jù)PICMG1.0的規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)，圖中可以看見有2顆PCI橋接器芯片在10槽的背板上，若依據(jù)原不含PCI橋接器的規(guī)范來(lái)看，CPU卡需要提供以下幾組信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)背板上的四個(gè)擴(kuò)充槽(PCI Bus0)：
1. REQ(3,2,1,0)#
2. GNT(3,2,1,0)#
3. Slot(1,2,3,4)的Clock分別接CLK(A,B,C,D)
4. Slot(1,2,3,4)的IDSEL分別接AD(31,30,29,28)
5. 中斷信號(hào)INT(A,B,C,D) 繞行方式依據(jù)PCI 規(guī)范來(lái)連接，有一固定的繞行規(guī)則
若要再進(jìn)一步增加擴(kuò)充槽，則橋接器可依據(jù)PCI Bridge的規(guī)范，將二顆橋接器芯片分別放在Slot3及Slot4的位置，分別擴(kuò)充8個(gè)PCI槽(PCI Bus1,2)，使背板上的PCI槽數(shù)達(dá)到18槽,擴(kuò)充槽位的REQ#,GNT#及CLK信號(hào)由橋接器提供，中斷信號(hào)INT(A,B,C,D)則需依據(jù)PCI橋接器規(guī)范來(lái)連接，使得PCI Bus0, 1, 2可以共享INT(A,B,C,D)四個(gè)中斷信號(hào)。
圖一：4U機(jī)箱、PICMG單板計(jì)算機(jī)及18槽PCI背板
用單板計(jì)算機(jī)上PCI橋接器來(lái)擴(kuò)充Compact PCI背板上的槽數(shù)
CompactPCI規(guī)范PICMG2.0將CompactPCI的slot數(shù)目限制在小于等于8槽，這是在PCI-33Mhz下經(jīng)模擬及實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)果。為了設(shè)計(jì)這8槽，CompactPCI的單板計(jì)算機(jī)上需要使用PCI橋接器，并將擴(kuò)充的PCI總線信號(hào)經(jīng)由單板計(jì)算機(jī)上的J1, J2連接到背板上的P1, P2, 再分配到各個(gè)擴(kuò)充槽去，如圖二所示。在 CompactPCI背板上，除系統(tǒng)槽外，另外七槽的信號(hào)必須依照以下規(guī)則設(shè)計(jì)： 1. REQ(6,5,4,3,2,1,0)#
2. GNT(6,5,4,3,2,1,0)#
3. Slot(1,2,3,4,5,6,7)的Clock分別接CLK(A,B,C,D,E,F,G)
4. Slot(1,2,3,4,5,6,7)的IDSEL分別接AD(31,30,29,28,27,26,25)
5. 中斷信號(hào)INT(A,B,C,D)的繞行方式依據(jù)PCI橋接器的規(guī)范來(lái)連接，有一固定的繞行規(guī)則
圖二：3U,6U單板計(jì)算機(jī)及8槽背板

若是要擴(kuò)充到15槽，則須遵循PICMG2.7的雙系統(tǒng)規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)，單板計(jì)算機(jī)上需設(shè)計(jì)兩個(gè)PCI橋接器才行，概念上可以方塊圖示意，如圖三。而在背板的設(shè)計(jì)上則須將第一個(gè)橋接器擴(kuò)充的BusA經(jīng)由P1, P2擴(kuò)充1-7槽；同時(shí)將第二個(gè)橋接器擴(kuò)充的BusB經(jīng)由P4, P5擴(kuò)充9-15槽，如圖四。
圖三：6U單板計(jì)算機(jī)，雙橋接器設(shè)計(jì)
圖四：6U 15槽，雙系統(tǒng)背板
用托盤式橋接方式來(lái)擴(kuò)充Compact PCI背板上的槽數(shù)

前一段我們采用CPU卡上的橋接器來(lái)擴(kuò)充背板上的插槽，但是有時(shí)候礙于主板面積或是J4, J5有其它的用途，不得不將另一顆橋接器安置于背板上，但事與愿違，很不幸的是背板并沒(méi)有多余的空間放置橋接器，在設(shè)計(jì)上并沒(méi)有如圖一中傳統(tǒng)背板那樣簡(jiǎn)單。此時(shí)有一個(gè)不錯(cuò)的做法，就是將橋接器作成子板，由背板背面將Primary bus端連接1-7槽中的一槽，再將橋接器子板上的Secondary Bus連接至欲擴(kuò)充的7槽去，如圖五，這樣的應(yīng)用方法較常出現(xiàn)在3U的系統(tǒng)中，主要是因?yàn)?U的系統(tǒng)并沒(méi)有J4, J5可使用，6U系統(tǒng)則較常采用圖四的做法。
托盤式橋接法
PCI透明橋、非透明橋在CompactPCI單板計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的應(yīng)用上，CompactPCI單板計(jì)算機(jī)就像一般計(jì)算機(jī)一樣，被用作主控端主機(jī) (Host Computer)，但是在許多特殊應(yīng)用中，常常希望能夠有一種CompactPCI卡，它屬于外圍卡但是卻擁有CPU卡般的運(yùn)算能力，為了達(dá)到此目的，于是誕生了PCI非透明橋，PCI非透明橋雖然仍舊將不同的CPU卡用PCI Bus連接起來(lái)，但是它會(huì)將背板上的PCI Bus與CPU外圍卡上PCI bus做適當(dāng)?shù)淖韪簟?BR>結(jié)論
PCI橋接器雖然很少在一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上被采用，但在工業(yè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用卻極為重要，就像文中所提的，傳統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)背板、主板，CompactPCI系統(tǒng)的背板、主板等設(shè)計(jì)，都或多或少會(huì)牽扯到PCI橋接器的應(yīng)用，僅以此篇短文用最淺顯的方式介紹給大家，希望對(duì)有興趣的人能有一點(diǎn)幫助。