IDT CPS - 16：一款高性能Serial RapidIO交換機(jī)的深度解析

在當(dāng)今高速數(shù)據(jù)處理和通信的時(shí)代，高性能交換機(jī)在各種系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。IDT的CPS - 16（IDT80KSW0002）Serial RapidIO交換機(jī)便是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。下面，我們就從多個(gè)方面來深入了解這款交換機(jī)。

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一、設(shè)備概述

CPS - 16是一款面向串行RapidIO（sRIO）的交換機(jī)，其主要功能是在DSP、處理器、FPGA、其他交換機(jī)或任何基于sRIO的設(shè)備之間路由和分配數(shù)據(jù)包。它還可用于串行RapidIO背板交換。該交換機(jī)支持從其16個(gè)輸入端口到16個(gè)輸出端口的串行RapidIO數(shù)據(jù)包交換，包括單播、多播和可選的廣播。

二、產(chǎn)品特性

（一）接口特性

1. sRIO接口
   • 擁有16個(gè)雙向串行RapidIO（sRIO）通道，版本為1.3。
   • 端口速度可選，有3.125Gbps、2.5Gbps或1.25Gbps。
   • 所有通道支持不同PHY速度下的短距離或長距離傳輸。
   • 端口數(shù)量可配置，最多可設(shè)置為16個(gè)1x端口、4個(gè)4x端口，或1x和4x端口的組合。
   • 通道可配置為獨(dú)立的非冗余1x端口、冗余1x端口的一部分或4x端口的一部分。
   • 每個(gè)象限支持兩種獨(dú)立的端口速率，支持標(biāo)準(zhǔn)的4級(jí)優(yōu)先級(jí)，并具備錯(cuò)誤管理功能。
2. I2C接口
   • 提供I2C端口用于維護(hù)和錯(cuò)誤報(bào)告，支持主或從操作。
   • 主模式允許從外部ROM進(jìn)行上電配置，還支持外部鏡像壓縮和校驗(yàn)和的主模式配置。

（二）性能特性

1. 具備40 Gbps的峰值交換帶寬，在每個(gè)sRIO優(yōu)先級(jí)內(nèi)具有無阻塞數(shù)據(jù)流架構(gòu)。
2. 對(duì)于所有數(shù)據(jù)包長度和負(fù)載條件，都具有極低的延遲。
3. 內(nèi)部有排隊(duì)緩沖區(qū)和重傳緩沖區(qū)，采用標(biāo)準(zhǔn)的基于接收器的物理層流控制。

（三）其他特性

1. 數(shù)據(jù)流程可配置為直通或存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式。
2. 可通過任何sRIO端口、I2C或JTAG進(jìn)行設(shè)備配置。
3. 每個(gè)端口都具備數(shù)據(jù)包跟蹤和過濾功能，支持最多10個(gè)同時(shí)的多播掩碼和廣播功能。
4. 擁有端口環(huán)回調(diào)試功能，支持軟件輔助錯(cuò)誤恢復(fù)和熱插拔。
5. 端口可單獨(dú)關(guān)閉以降低功耗，配備PMON計(jì)數(shù)器用于監(jiān)控和診斷。
6. 具備SerDes物理診斷寄存器，支持嵌入式PRBS生成和檢測以及可編程多項(xiàng)式的誤碼率（BER）測試。
7. 采用0.13um技術(shù)，功耗低，支持完整的JTAG邊界掃描（IEEE1149.1 & 1149.6），封裝為324 - 球網(wǎng)格陣列，尺寸為19mm x 19mm，球間距為1.0mm。

三、工作模式與功能

（一）正常交換模式

CPS - 16支持標(biāo)準(zhǔn)的串行RapidIO規(guī)范，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的ID進(jìn)行數(shù)據(jù)包路由。主要包括多播、單播和維護(hù)數(shù)據(jù)包三種操作方式。

（二）增強(qiáng)功能

1. 數(shù)據(jù)包跟蹤：對(duì)每個(gè)傳入數(shù)據(jù)包的前160位（頭部和部分有效負(fù)載）進(jìn)行與用戶定義的比較寄存器值的匹配檢查。若匹配，可將數(shù)據(jù)包正常路由到目標(biāo)端口，同時(shí)復(fù)制一份到“跟蹤端口”，或者丟棄該數(shù)據(jù)包。此功能可在系統(tǒng)啟動(dòng)和原型設(shè)計(jì)階段識(shí)別特定類型的數(shù)據(jù)包，也可用于安全應(yīng)用。
2. 端口環(huán)回：每個(gè)端口都可進(jìn)行內(nèi)部環(huán)回，用于高速sRIO端口的系統(tǒng)調(diào)試。啟用端口環(huán)回后，發(fā)送到端口接收器的數(shù)據(jù)包會(huì)在物理層直接回環(huán)到發(fā)送器，繞過更高的邏輯或傳輸層。
3. 廣播：每個(gè)多播掩碼可配置為將源端口包含在多播操作的目標(biāo)端口中。

四、應(yīng)用場景

（一）中央交換機(jī)無線處理

在宏無線基站中，基于交換機(jī)的原始數(shù)據(jù)組合和分配架構(gòu)被廣泛采用。CPS - 16可直接支持使用串行RapidIO標(biāo)準(zhǔn)的背板連接，通過添加適當(dāng)?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/橋接器/" target="_blank">橋接器（如CPRI sRIO），可進(jìn)一步提高背板的靈活性，適應(yīng)多種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

（二）媒體網(wǎng)關(guān)和通用處理

雖然SAR和RTP通常由NP/處理器處理，但DSP在TDM轉(zhuǎn)換和壓縮方面更有效。CPS - 16的低抖動(dòng)特性可充分利用DSP的處理能力，其優(yōu)先級(jí)支持、快速交換和多播功能可區(qū)分不同類型的流量，提供QoS（服務(wù)質(zhì)量）。

五、接口詳情

（一）sRIO端口

sRIO接口是芯片上的主要通信端口，符合串行RapidIO v. 1.3規(guī)范。設(shè)備提供16個(gè)差分雙單工收發(fā)器，可獨(dú)立配置為1x或4x端口，支持多種端口配置方式。此外，還擁有“增強(qiáng)象限”的專有實(shí)現(xiàn)，用戶可靈活使用1x模式的一個(gè)、多個(gè)或所有四個(gè)通道。

（二）I2C總線

I2C接口可作為標(biāo)準(zhǔn)sRIO或JTAG端口的替代方案，用于對(duì)芯片進(jìn)行編程和檢查寄存器狀態(tài)，包括錯(cuò)誤報(bào)告寄存器。它支持主模式和從模式，以及快速模式和標(biāo)準(zhǔn)模式總線。

（三）JTAG TAP端口

JTAG TAP接口符合IEEE1149.1（JTAG）和1149.6（AC Extest）標(biāo)準(zhǔn)，可作為標(biāo)準(zhǔn)sRIO或I2C端口的替代方案，用于對(duì)芯片進(jìn)行編程和檢查寄存器狀態(tài)，包括錯(cuò)誤報(bào)告寄存器。

（四）其他接口

還包括中斷（IRQ）、復(fù)位、時(shí)鐘、Rext和SPD[1:0]等接口，每個(gè)接口都有其特定的功能和電氣特性。

六、電氣參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

文檔中給出了不同電壓、溫度和電流的絕對(duì)最大額定值，使用時(shí)需注意避免超過這些值，以免對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

（二）推薦溫度和工作電壓

根據(jù)商業(yè)和工業(yè)級(jí)別的不同，給出了推薦的環(huán)境溫度和電源電壓范圍，以及相關(guān)的注意事項(xiàng)。

（三）AC測試條件

規(guī)定了輸入脈沖電平、輸入上升/下降時(shí)間、輸入輸出參考電平以及輸出負(fù)載等AC測試條件。

七、性能指標(biāo)

（一）吞吐量和延遲

CPS - 16的峰值交換吞吐量可達(dá)40 Gbps，持續(xù)吞吐量在特定配置下為35 Gbps。在不同的負(fù)載和優(yōu)先級(jí)條件下，交換機(jī)的延遲和抖動(dòng)有相應(yīng)的指標(biāo)，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況考慮這些因素。

（二）切換模式下的延遲

文檔還給出了“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”和“直通”模式下不同有效負(fù)載大小和端口速率的交換機(jī)延遲表格，可為工程師在選擇合適的工作模式時(shí)提供參考。

八、功耗分析

文檔提供了不同工作模式和端口配置下的典型功耗數(shù)據(jù)，包括SerDes、JTAG塊、I2C塊、交換塊等的功耗。工程師可使用“CPS Power Calculator”建模工具來估算特定應(yīng)用場景下的設(shè)備功耗。

九、編程與配置

CPS - 16可通過sRIO、I2C或JTAG進(jìn)行編程和配置。在I2C模式下，支持主模式和從模式，設(shè)備地址可通過外部引腳進(jìn)行定義，并且提供了詳細(xì)的讀寫操作協(xié)議。在JTAG模式下，支持多種指令，包括EXTEST、SAMPLE/PRELOAD、IDCODE等，可用于邊界掃描測試和配置寄存器訪問。

十、總結(jié)

IDT的CPS - 16 Serial RapidIO交換機(jī)是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的設(shè)備，具有豐富的接口特性、高性能的交換能力和靈活的配置方式。它在無線處理、媒體網(wǎng)關(guān)和通用處理等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在使用時(shí)，需根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理配置設(shè)備的參數(shù)和工作模式，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要嚴(yán)格遵守設(shè)備的電氣參數(shù)和使用規(guī)范，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

大家在實(shí)際使用CPS - 16的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。