针对I/O模块以SUMIT堆栈扩充规格设计概论
对新产品的设计,SUMIT的中心思想就是提供设计者一个可堆栈又可扩充式的规格。在相同的小尺寸平台上,SUMIT的信号包含最先进的串行信号以及传统的I/O扩充bus。SUMIT规格是一种以I/O为主的方式,独立于堆栈的主板外并且清楚定义连接器以及相关的堆栈方法。结合过去与未来接口的桥梁。SUMIT,是一个相当全面并多功能的规格。图1说明SUMIT接口的基本架构,并总结其总线、接口、以及所支持的信号。
每一个扩充模块上会包含两个连接器,SUMIT A以及SUMIT B。这两个连接器搭载许多不同的高速信号。譬如:PCIe以及USB2.0是为了现在以及未来的应用。其他诸如:LPC、SPI还有SMBus/I2C等legacy界面的需求。SUMIT A搭载一对PCIe x 1,4对USB 2.0以及其他legacy接口。一般而言,SUMIT模块包含上层与下层的SUMIT A以及上层与下层的SUMIT B。对于有成本考虑的低价版模块可能只会搭载SUMIT A。然而一般的设计通常都会将SUMIT A与SUMIT B同时设计在一起。关于SUMIT A与SUMIT B这两个连接器的相对位置与摆放方式都在SUMIT的规格清楚定义。但整块模块的大小却并未明确定义,设计者可因应不同的需求而加以变化。因此,在定义了SUMIT A与SUMIT B的相对位置与摆放方式后,不同的模块将可以不受限制地搭载在另一块含有SUMIT规格的板子上加以扩充。如此,大大地增加SUMIT在应用方面的弹性。
SUMIT规范支持两个高速密脚(fine-pitch, 0.635mm/0.025 inch)的堆栈式连接器,此两个连接器在pin脚定义上为central ground blade,这样的方式可确保模块间传输的高速信号有良好的阻抗控制。另一方面,如果扩充模块间因为板上有体积过大的组件,需要额外的空间,堆栈的高度可据此做变化。而目前标准的堆栈高度是15.24厘米与22厘米。
图2是SUMIT堆栈的标准范例,下层是Ampro by ADLINK的CoreModule730,搭配上层Ampro by ADLINK的MiniModuleSIO. 在上方模块靠近左方板边边缘的这面,可以看到两个SUMIT连接器。请注意这两个板子的规格大小不尽相同,而连接器虽然可在两个模块间传输许多高速的总线,但其尺寸却非常小且密实。
如同前文所述,SUMIT在A、B connector中可搭载多组PCIe的界面。值得一提的是,SUMIT B规范一组单独的PCIe x1通道,以及一组PCIe x4通道,而此PCIe x4通道也可以拆解成四组PCIe x1通道加以应用。SUMIT A则包含一组单独的PCIe x1通道。SUMIT在连结上有一个十分特殊的应用,就是PCIe总线上可进行“Link-shifting”的概念,这样的概念可以让堆栈架构中的信号链接更加直接迅速。“Link-shifting”可让模块与模块之间的堆栈更加容易,并且可以避免在模块表面额外配置jumper或switch来设定PCIe的路由。更重要的是,这种shift的方式,能让模块上的layout针对需要传输模块与模块间的高速信号总线,做更好的配置。
图3是针对Link-shifting的一个简易示意图。X、Y、Z分别代表由下而上经由SUMIT堆栈的三块不同的模块。其中,最下面的模块X可产生4组信号源(分别以1、2、3、4代表其顺序),第1组信号传到第2层模块Y后,剩下的3组就会以link-shifting方式,左移连结到对应第3组模块的前3对信号。这种shifting的目的,就是因为各层板内已使用掉某些连结,而这些连结是不会被传输到更上层板去的。
举例而言。模块Y使用第1组由模块X链接而来的信号源,而剩下3组信号源就直接链接到模块Z。由图3可以很清楚地了解模块Z使用其中2组信号源。然而,模块Z并不需要考虑它因身处在模块Y上方这样的组合而重新做硬件配置,因为模块Z永远都可以从最左边的信号取得它板内所需的连结。这样的方式可以让多层板的堆栈更加容易,不需做额外的硬件配置来告知每一个模块要取得哪一个连结使用。堆栈架构中的每一个模块都从最左边取用连结。显然地,每个模块当然无法使用多于底板所提供的信号链接,然而这样的配置方式是采用link-shifting的必然结果。显而易见的好处是,由于Link-shifting在连接器针脚间的微小距离内就被处理完毕。PCB板layout相对地变得简单,这对于需要维持信号完整性的高速总线传输,如PCIe来说是相当重要的。
图4呈现实际上SUMIT规格中所使用的PCIe Link-shifting方式。有趣的是,由于SUMIT A与SUMIT B都分布了PCIe通道,因此Link-shifting也会在两个连接器之间进行。来自SUMIT B的PCIe x1连结会移转到SUMIT A,SUMIT B PCIe x4的第一
- FPGA PCIe 视频采集(Video Capture)解决方案分析(06-06)
- FPGA的双缓冲模式PCI Express总线设计(06-05)
- PCI Express体系结构概述(12-15)
- PCIe总线的基础知识(12-15)
- PCIe总线概述(12-15)
- 雅特生PCIe服务器加速卡支持最新音频编解码器(09-12)