1.优点
速度高。高速串行I/O的线速可超过千兆位,甚至数十吉位。而并行传输线速不可能超越千兆位。千兆位串行I/O的主要优势是速度。在从片内/片外、板内/板外或盒内/盒外获取数据时,没有任何技术可以超越高速串行链路。高速串行链路的线速范围为1Gb/s~12Gb/s,有效负载范围为0.8Gb~10Gb。
节省管脚数。将大量数据传入或传出芯片或电路板时所遇到的第一个问题是引脚数,电路板设计时间和成本会随着管脚数的增加而急剧增加。在大数据量应用下,串行I/O可节省大量的管脚(在低速以及小数据量应用中,MGT比传统并行模式需要更多的电源和接地引脚)。
简化同步转换输出。采用单端并行总线时,设计者应考虑同步转换输出(SSO)。不过,其中的某些输出会在同一时间翻转。如果出现太多的同步转换,触地反弹会产生大量噪声。设计者还可以在所有I/O上都使用差分信号处理技术,以此来消除SSO问题,但是,这样做就会使引脚数翻倍。如果数据流需求比较适中,设计者可以使用具有适当引脚数的并行接口。
EMI指标优。经验表明:时钟越快,放射测试就越难进行,因此,千兆位设计看起来近乎不可能。但是,通常高速串行链路的辐射量比以较低速度工作的大型总线低。这是因为运行时的千兆位链路需要出色的信号完整性。正如经典论断 “辐射问题实际上就是信号完整性问题。”所言。
成本低。采用MGT通常会降低系统总成本。连接器采用较小、较经济的封装时,引脚数较少,电路板设计也更简单。
预设协议。采用MGT的另一个好处是可以使用预先定义好的协议和接口标准。从Aurora到XAUI,满足多种需求的设计已经存在。
2.缺点
千兆位高速串行I/O的最大缺点在于对信号完整性的严格要求。而且,阻抗控制的PC(印刷电路)板、高速连接器和电缆的费用较高。我们必须处理数字仿真中的复杂性和时基较小的问题。并且,在利用预设协议的时候,必须为集成过程计划时间,并且为协议的开销安排额外的逻辑电路或CPU 时钟周期。
3.应用范围
起初,千兆位级串行器/解串器(SERDES)仅局限于用在电信行业和少数缝隙市场(如广播视频)。如今,MGT应用出现在电子行业的各个角落——军事、医疗、网络、视频、通信等等。MGT也可以用于背板或机箱之间的PCB上。对于电子行业的发展前景而言,MGT至关重要。下面是采用千兆位级SERDES的行业标准示例。
光纤通道(FC)
PCI Express
RapidIO串行
先进交换互连(Advanced Switching Interface)
串行ATA
1Gb以太网
10Gb以太网(XAUI)
Infiniband 1X、4X、12X
千兆位级通信似乎强加了一些苛刻限制。串行设计者必须考虑信号完整性、较小的时基以及可能出现的对额外的门电路和CPU周期的需求。但是,在盒间以及芯片间通信中采用千兆位级技术的优势远远超过了那些可以察觉到的缺点。例如:高速、引脚数少、低EMI 和低成本等,这些都使它成为了众多通信设计的理想之选,并保证了其在未来的通信应用中仍能继续得到广泛使用。
10.2.2 千兆位高速串行I/O系统的组成
1.系统整体结构
图M 千兆位高速串行I/O的系统结构示意图
l 串行器:将速率为y的n位宽并行数据转变成速率为n*y的串行数据。
l 解串器:将速率为n*y的串行数据转变成速率为y的n位宽并行数据。
l Rx(接收)对齐:将接收的数据对齐到合适的字边界。可以使用不同的方法,从自动检测和对齐特殊的预留比特序列(通常也称作comma字符),到用户控制的比特调整。
l 时钟管理器:管理各种时钟操作,包括时钟倍频,时钟分频,时钟恢复。
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