DRAM总线的其他用途 - 分析宽带系统互联中的串行选择

串行选择

对于子系统内部链路，由于带宽需求增大，并行总线频率和距离折中的方法带来了更严重的问题。在某些点，需要给出一些解决方法。Altera工程师Kaushik Mittra指出，“随着带宽的增大，在某些点，您不得不放弃并行总线。长度也是一个因素。如果一条宽总线的运行频率非常高，在大约40英寸时，走线之间的时序偏移占据了大部分总线周期时间。这根本无法工作。”我们在图2中描述了这一点。


图2.在快速并行总线上，比特间偏移会导致无法正常工作

通过使用足够高的时钟频率，非常注意阻抗匹配、走线匹配，以及供电方法，在较短的芯片至芯片连接上，同步并行总线可实现较大的带宽。如果电路板布板被改变了，在稍长的距离上，相同的设计就有可能失败。

而解决方法是高速串行链路。采用商用器件，单条通路工作速率可以高达28 Gbps，因此几条通路可以承载速率很高的数据流，作为高速宽带并行总线使用。由于每一条通路都是独立的，其时钟藏在数据流中，因此，不需要处理偏移问题，极大地简化了布线问题。而且，正如Altera现场应用工程师Susannah Martin所指出的，即使是并行总线能够工作在相似的环境下，几条串行通路的引脚和电路板成本要比同等并行总线低得多。

好在您所需要的高速串行互联硬件已经由您选择的SoC提供了。很多ASSP甚至是某些高级MCU都有1 Gbps以太网（GbE）或者10GbE端口，在某些情况下，还有PCIe端口，所有这些都可以用在芯片至芯片应用中。即使是低端FPGA现在都有通用多千兆位收发器，您可以定制这些收发器以满足您的链路需求。而且，Mittra指出，某些芯片包括了芯片至芯片串行链路，符合特殊应用环境的标准要求。一个例子是网络环境下的Interlaken。

延时问题

在串行链路上承载子系统之间的宽带数据流有很多优势。Martin指出，除了上面提到的低成本，还能够大幅度降低功耗。但是也有一个问题。Martin提示说，与直接并行连接相比，消息排队、串化和传输，最终在远端解串化和重新构建消息这一过程会显著增加端到端延时。在某些系统中，可能需要重新组织逻辑以解决这一延时问题。

这些问题并不意味着您在彼此异步的子系统之间只能使用串行连接。链路的最大端到端延时只要在系统总时序要求范围内，您就可以使用串行链路来实现子系统之间的传输。您的确需要使用某些可靠的方法在远端重新同步数据，但是这一问题与您使用其他的时钟域交叉方法完全不同。实际上，如果需要，通过仔细的设计，您甚至可以使用状态机内部的串行链路。

这样，还带来了另一种可能性。目前为止，我们已经讨论了采用串行链路来替代并行总线。但是，您只要仔细的理解了时序问题，也可以将一组独立的异步I/O引脚汇集成串行链路。实际上，某些基于FPGA的逻辑仿真系统使用了这一方法来划分两个或者多个内部FPGA之间的逻辑云。

另一种解决方案

在以供应商设计的ASSP和MCU为主的环境下，系统互联体系结构的范围似乎已经规定好了。但实际上，作为一名系统设计人员，您的确还很大的自由度。您当然可以选择您所设计好的芯片。一旦您确定使用SoC，您可以重新使用芯片提供的I/O，根据系统需求来使用它们，而不是限于芯片设计人员所提供的使用方法。您还可以选择使用可编程逻辑器件，完全控制互联体系结构。

通过这种自由选择，随着子系统之间链路带宽的增大，多千兆位串行互联将会扮演越来越重要的角色。在很多情况下，SoC已经有了收发器，FPGA当然也有。还有可靠的信号完整性、成本和功耗优势。采用一些几乎封装好的串行链路布板，最终的电路板将多层结构的布板难题变为相对简单的设计。在一些高性能应用中，高速串行链路I/O已经替代了并行总线，未来的应用会更加广泛。