PC北桥端高速采集存储系统研究
引言
由于现在的PCI、CPCI、VME等系统的持续传输速度很难超越400MB/s,因此要完成实时、长时间的采集存储功能,本设计选择实现一种基于PCI-E的系统,PCI-E是第三代接口通信协议(3GPIO)。传统的PC主机北桥只有一个高速的PCI-E X16接口,本文使用带G31北桥的芯片组的技嘉主板GA-G31M-ES2C为例来进行讨论,虽然G31-ICH7芯片组在南桥上可提供4个PCI-E ×1接口,但是由于其他I/O端口资源的占用,该主板在北桥上仅提供了一个PCI-E ×16的插槽,南桥也只提供一个PCI-E ×1插槽。因此如果只采用G31/ICH7芯片组的电脑建立一个PCI-E采集存储系统,它只能实现PCI-E 1.0 单通道的采集存储系统,带宽就被限制在200MB/s内。而这种格局主要是由于计算机北桥只提供一个PCI-E插槽,不能同时满足高速采集和存储的连接需要,因此扩展主机北桥上的PCI-E接口,将整个采集存储都建立在北桥上变得至关重要。
系统结构分析
Intel(英特尔)公司最新的双通道DDR3内存以及下一代双×16 PCI-E 2.0的计算机芯片组技术提供了一种更新的个人电脑的架构,这些技术被应用到X38、X48和X58等计算机芯片组中。本文以X58为例,图1为X58芯片组的系统架构。
图1 X58芯片组的系统架构
X58芯片组搭配新南桥ICH10或ICH10R,可支持四条PCI-E ×16插槽(其中两条符合PCI-E 2.0规范),根据通道数的要求可组成四种不同模式,当然它只支持双图形处理器(GPU)协同运行的技术CrossFire,仍不支持Scalable Link Interface(SLI)技术。SLI技术是主板能够同时使用两块同型号PCI-E显卡的一种技术,同时芯片间通信通过类似AMD HyperTransport总线技术的QPI总线技术完成,借助PCI-E通道可带来最高25.6GB/s的双向带宽,而现在的前端总线Front Side Bus(FSB)则被彻底弃用。我们可以直接运用X58芯片组构建一个高速实时的系统,但由于现阶段很少有能够完全利用PCI-E ×16带宽的采集卡,因此将资源进行分割,利用多块采集模块组成一个采集系统,通过PCI-E Switch扩展接口的方法可以将X58芯片组扩展成为一个更高速、兼容更多模块的采集存储系统。
DMI(Direct Media Interface)直接媒体接口是Intel公司开发用于连接主板南北桥的总线,取代了以前的Hub-Link总线。DMI采用点对点的连接方式,时钟频率为100MHz,由于它基于PCI-E总线,因此具有PCI-E总线的优势。DMI实现了上行与下行各1GB/s的数据传输率,总带宽达到2GB/s,但DMI还要与其他I/O设备进行通信,因此如果选择南桥的PCI-E端口进行传输,传输速度将受到很大的限制,理想情况下至多只能实现1GB/s的传输存储速度。因此,本系统在计算机中DMI以上的结构中完成数据的传输和存储。我们可以将连接在芯片G31 GMCH的PCI-E ×16端口通过一个PCI-E Switch进行扩展,扩展后的结构相当于主机北桥提供了多个高速的PCI-E接口,形成一个类似于图1中的X58架构,从而使整个传输存储过程不受DMI双向2GB/s速度的影响。
利用北桥PCI-E扩展技术,将所有的采集卡和存储卡都连接到主机的北桥端,可使整个数据传输不受主机DMI等的速度瓶颈限制,如果只是使用PCI-E ×4对系统进行扩展,理想的有效数据传输速度也可达800MB/s,而且由于PCI-E协议是双向同时传输的,因此将采集卡和存储卡同时连接到一个端口并不会影响其传输和存储的效率。
系统设计
PCI-E Switch
PCI-E Switch为整个系统提供扩展端口,系统中所有的PCI-E接口都是通过PCI-E Switch芯片扩展出来的,类似的可以看成将多个PCI-E插槽直接连接到主机的北桥上。图2为含PCI-E的拓扑结构图,通过Switch可以将一个上游设备口扩展多个下游端口,此外PCI-E Switch还可以级联。通过一个多通道的PCI-E Switch可扩展构建一个多采集卡多存储设备的实时高速采集存储系统。
图2 含PCI-E Switch的拓扑结构图
本方案采用的是PLX公司的一块PCI-E Switch芯片PEX8616,它是一款可以设置4个接口并拥有16个通道的PCI-E Switch芯片,并可设置每个接口的通道数。其支持透明桥(TB)、非透明桥(NTB)两种方式,即可以支持两个及以上的多主机系统和多智能I/O端口的模块。PEX8616每个通道含有两个虚拟端口,且支持热插拔。由于主要目的是将北桥上的PCI-E ×16插槽扩展成为多个PCI-E接口。因此,本系统中将其分为四个PCI-E ×4的接口。端口号为0、1、5和6,将与主机连接的端口0设置为上游端口,其余三个端口则为下游端口,连接采集卡和RAID存储卡。
- 电源管理总线的结构与优势(11-19)
- 如何设计一个合适的系统电源(上)(11-20)
- 新型灌封式6A至12A DC-DC μModule稳压器系列(11-19)
- 如何设计一个合适的系统电源(下)(11-20)
- PCB电源供电系统的分析与设计(11-21)
- PCI9656型64位PCI总线接口电路及其应用(01-18)
- 濠德板€曢崐鐟扮幓閹稿寒娈介柛銉㈡櫃閻掑﹪鏌涢弴銊ョ伇闁哄棎鍎抽埀顒冾潐閹爼宕曢幎钘夌厺闁兼祴鏅滈弳婊堟煕椤愶絿绠撻柟顔碱儔閺岀喓鈧稒锚婵洭鏌i幘瑙勭《闁瑰嘲顑夐、姗€鎮㈤崨濠勬殮缂傚倷绀侀鍛搭敄閸涙番鈧啫饪伴崨顔兼櫝闂佽法鍣﹂幏锟�
闂備胶枪缁诲牓宕濆澶婅摕闁绘柨鎲℃刊瀵糕偓骞垮劚閹峰宕濋崨顓涙闁哄啫鍊稿瓭闂佹眹鍔庢慨鐢告晬閹版澘绠f繝濠傛噽閹冲洦绻涢幋鐐村鞍婵ǜ鍔戦幃锟犳晬閸曨剙鐝伴梺绯曟閸樺墽绮堟径鎰厵缂備焦锚婵洨鈧娲栭惌鍌炲箚瀹ュ妫橀柛顭戝枤瀹€娑㈡倵鐟欏嫭鍋犻柛搴㈠缁辩偤寮崼鐔锋畱闂佽姤锚椤︻垶锝為弮鍫熺叆婵炴垶枪鐎氭澘鈹戦鍛偗妤犵偛鍟存俊鎼佸Ψ閿曗偓濞撴劙姊绘笟鍥т簽闁哥姵鍔欏畷鐟邦潩閼哥鎷规繝銏e煐閻℃洜绮堢€n€㈠綊宕楅崸姘辩窗濡炪値鍋勯幊姗€骞嗛崘顔肩妞ゆ劑鍊栭蹇斾繆椤愩倕顣奸柛銊ョ仛鐎靛ジ骞囬鍓х厯闁诲函缍嗘禍鐐烘偡閿燂拷...
- 濠电偞鍨堕幖鈺呭储閻愵剦娈介柛銉㈡櫃閻掑﹪鏌涢弴銊ョ伇闁哄棎鍎抽埀顒冾潐閹爼宕曢幎钘夌厺闁兼祴鏅滈弳婊堟煕椤愶絿绠撻柟顔碱儔閺岀喓鈧稒锚婵洭鏌i幘瑙勭《闁瑰嘲顑夐、姗€鎮㈤崨濠勬殮缂傚倷绀侀鍛搭敄閸涙番鈧啫饪伴崨顔兼櫝闂佽法鍣﹂幏锟�
缂傚倷绶¢崳锝囩不閺嶎厼鐒垫い鎺戯攻鐎氾拷30濠电姰鍨奸崺鏍х暆缁嬭娑㈩敆閸屾瑧鍓ㄩ梺鍛婃处閸ㄥジ寮抽妷鈺傜厱闁冲搫鍠氶弨鐗堛亜閺傚灝顏柟椋庡█瀹曟粏顦柡灞诲€濋弻銊モ槈濡警娈紓浣诡殕閹搁箖鍩€椤掑偆鏀伴柛鈺傜墪椤斿繒鎹勯妸锕€鐝伴梺瑙勫劤閹虫劗绮堟径鎰厱闁哄倻鍎ゅ▍鍛亜閹烘柨鏋涚€规洏鍔岃灒闁绘垶锚濞撴劙姊绘笟鍥т簽闁哥姵娲熼獮鎾活敂閸繄顦俊顐︻暒閼冲爼顢旈崡鐐╂闁瑰灝鍟╃花濠氭煙椤斿ジ鍙勭€殿喕绮欓幃鈩冩償閿濆棭鍟呭┑鈽嗗亞婢ф宕归崹顐㈩嚤闁归偊鍠氶惌娆撴倵閿濆簼绨介柣鐔烽叄閺岋綁濡搁妷銉紓濡炪倐鏅粻鎴炴櫏闂佽法鍣﹂幏锟�...
- Agilent ADS 闂備浇妗ㄩ悞锕傛偡閵夆晩鏁嗛柣鏃傚帶閺勩儳鐥鐐村闁哥偞鐓¢幃褰掑炊瑜嶉埛鏃堟煃鐠囨彃鎮戠紒楦挎铻栭柛鏇炵仛椤ワ拷
濠电偞鍨堕幐濠氬箰閹间緡鏁婄€广儱顦粻鎶芥煕椤愵剛绉甸柛銈忕畵閺屻劌鈽夊Ο鍨伃闂佸憡鐟ョ换妯何涢崘顔碱潊闁挎繂楠搁弫濂告煟閻斿摜鎳愰柡瀣剨S闂備礁鎲¢懝鍓р偓姘煎櫍閿濈偤骞掑Δ鈧粈澶愭煟閺冨浂鍤欓柛妯绘尦閺屾稑饪伴崘顓烆伃婵炴潙鍚嬮崝妤冨垝濞嗘垟鍋撻敐搴濈敖閻庣懓顦甸弻锝夊閳哄啫甯ㄧ紓渚€浜舵禍璺虹暦濠靛鐓涢柛灞剧煯閹查箖姊洪悜鈺佷壕闁告柨绉撮妴鎺楀醇閺囩喎鍓瑰銈嗘尵婵敻鎮鹃柆宥嗙厸闁告劑鍔庨崺锝嗕繆椤愩儲纭堕柍褜鍓氶崘鑽ょ磽濮樿鲸顫曢柣褍鎸稴...
- HFSS闂佽瀛╅崘鑽ょ磽濮樺崬濮柛鏇ㄥ灠閺勩儳鐥鐐村闁哥偞鐓¢幃褰掑炊瑜嶉埛鏃堟煃鐠囨彃鎮戠紒楦挎铻栭柛鏇炵仛椤ワ拷
闂佽崵濮嶉崘顭戜痪缂備浇顔婇悞锔剧矙婢舵劕绠婚柟棰佺閺呮瑩姊洪悷鐗堟儓闁绘鍔欓、姘跺箮閼恒儲娅栭柣蹇曞仩濡嫬顕i崸妤佲拻闁割偅绋戦悘杈ㄣ亜閺傛妯€妤犵偞甯″畷宄扳枎缁傗娍闂備焦鐪归崝宀€鈧凹鍓氶幈銊モ槈閵忊€虫畱闂佽姤锚椤︽壆鈧碍鐓¢獮鏍偓娑櫳戦埛鎺楁煛娴i潧鈧繈寮鍥︽勃闁芥ê顦遍惄搴ㄦ⒑閸涘﹥鐓涢柡鍛矒瀹曟垵顓兼径濠勵槯闂侀潧艌閺呮粌顩奸妸褏纾兼い鏍ㄧ箓閸氬湱绱掗鑺ャ仢鐎规洜鍏樺璺衡枎閹兾ゅ┑鐐村灦濮婄粯鎱ㄩ悽鍨殰濠㈣埖鍔曠粻鍨亜閳ユ娊鏁猄S...
- CST闁诲海鏁婚崑濠囧窗濡ゅ啩鐒婃繝闈涙-閸熷懘鏌曟径鍫濃偓妤冪矙婵犲洦鍊垫鐐茬仢閳ь剚娲熼幃锛勬崉閵婏箑顎涘銈嗘尵閸犳劕鈻撳畝鈧槐鎺斺偓锝庝憾閸庡繑銇勯妸锔剧煂闁瑰弶顨婇弫鎾绘晸閿燂拷
闂備礁鎼ˇ顖溾偓娑掓櫅鍗遍柟瀛樼贩閾忓厜鍋撻敐鍌涙珔闁伙附绮撻幃瑙勬媴缁涘娈濈紓浣介哺缁诲牆鐣峰Δ鍛╅柍鍝勫€归妴鍐煟閻樿京顦︾€殿喛娉涢蹇曟缂嶇挆闂備礁鎲¢懝鍓р偓姘嵆婵℃潙顓兼径濠勵槷闂佺粯妫侀褔宕㈤幘顔界厱婵犲﹤鍟崇€氭澘霉閸忕厧濮夌紒顔界懅閳ь剨缍嗘禍鐐碘偓鐟邦樀閺岋綁濮€閳哄啫甯ㄧ紓浣介哺缁诲牆鐣峰┑瀣厸闁稿本鐭幉楣冩椤愩垺绁╅柛瀣躬閸┾偓妞ゆ帒鍊搁弸娆撴煕閵堝棛鐭岄柍褜鍓氶崘濠氭⒔閸曨厽鏆滃鑸靛姇缁犲灚銇勯垾鎰佹晬T闂佽崵濮抽悞锕€鐣峰鈧、姗€宕ㄦ繝鍐ㄥ妳闂佸搫鍟崐褰掑汲閿燂拷...
- 闂佽绻愮换鎰偓姘嵆閵嗗倿宕奸弴鐐存К闂佹儳绻楅鏍绩閵娾晜鐓曢柍鍝勫枤閺€鐗堛亜閺傚灝顏柟椋庡█瀹曟粏顦柡宀嬫嫹
濠电偞鍨堕幐绋棵洪敐鍥╃當闁逞屽墮铻栭柛灞炬儺閹达箑围濠靛倸鎽滃畵渚€鏌涢幇顒€绾ч柛鏇㈢畺閹顦查柛銈嗙墱濡叉劕鈹戦崶銊ゆ唉濠电偛妫楀ù鐑藉及閸岀偞鍋i柛銉戝啠鎸冮梺瀹狀嚙閸氬绮欐径瀣闁规鍠氶埥澶愭⒑闂堚晞绀嬮柛鏂跨焸閹啴鎮╃粵鍦煑闂佺懓顕崑娑滅亣闂備礁鎼悧婊堝垂閸洏鈧倿顢曢敃鈧弰銉╂煟閺冣偓閻忔碍绂嶉敐澶嬪€堕柣鎰摠缁€鍐倵濮樿鲸鏆柟铏~婵嬪礈瑜忛ˇ顕€姊洪悷鎵粵闁规悂顥撶划顓㈠川閺夋垿鏁滃┑顔斤供閸撴盯寮舵禒瀣厽闁靛ǹ鍎遍褏绱掑Δ浣瑰鞍缂佸顦~婵嬵敆閸屾碍鏆忕紓浣鸿檸閸樻悂宕戦敓锟�...
- 闁诲海鏁婚崑濠囧窗濡ゅ啩鐒婃繝闈涚墔閻掑﹪鏌涢弴銊ョ伇闁哄棎鍎茬换娑㈠级閹搭厼鍓堕梺闈╃稻濡炰粙鐛▎蹇e悑闁告洦鍘鹃埢鏇㈡⒑缁洘娅囨い銏狅躬椤㈡瑩宕熼鐔风彴闂佸憡鎸嗛埀顒勫蓟閵堝鐓曟慨姗嗗墰婢э附绻涙径娑欏
闂佽崵濮甸崝锕傚储濞差亜绠梺顒€绉寸憴锕傛煕椤愮姴鍔滈柤鑼█閺岋繝宕堕妸锔剧▏闂佹眹鍊曠€氫即鐛崱娑欏亼闁告侗鍨抽ˇ顔剧磽閸屾艾鏆為柛銊ф暬瀹曡鎯旈妸銉庛儱銆掑锝呬壕濡炪倧绲芥晶搴ㄥ箯椤愶箑鐭楁俊顖氭惈绾惧潡姊洪棃娑欘棛闁煎啿鐖兼俊闈涱潩椤戣姤鐏冮梺闈涚箳婵敻鎮甸妶澶嬬厪闁糕剝娲橀ˇ宄扒庨崶褝韬€规洩缍侀弻銊р偓锝庡墰閸╁秹姊洪幐搴b槈闁哄牜鍓熷畷鐟扳堪閸涱喖鏆繛杈剧到濠€杈ㄧ珶婢舵劖鐓涚€广儱顦藉Λ鎴犵磼閵娿儲鍋ラ柡灞芥嚇閺佹捇鏁撻敓锟�...
- 濠电姰鍨归悘鍫ュ疾濠靛鍚归幖绮规閸熷懘鏌曟竟顖楀亾闁哄被鍊濋幃浠嬵敍濮樺崬顣洪梺缁樻崄濞夋洟骞忕€n噮鏁囬柍钘夋濞堝墽绱撴担鍓插剰妞ゆ垵鎳橀妴鍐ㄢ堪閸涱喖鏅抽梺璺ㄥ櫐閹凤拷
闂備胶枪缁诲牓宕濋幋婵佺細闁规鍠楅崰鍡涙煥濠靛棙顥犻柍褜鍓濇慨銈咁嚗閸曨垰鐓涢柛鎰╁妽閻ゅ洭鏌i悩杈╁妽鐎规洘锕㈤、姗€骞栨担鐟颁哗闂佺硶鍓濋崙褰掑疮閸儲鐓曟繝濠傚暢鐎氫即鏌曢崶褜妲洪柣銉邯閹虫顢涢敐鍛珬闂佽崵濮崇拋鏌ュ焵椤掆偓绾绢參寮堕挊澹濆綊鏁愰崱娆戝箵缂備浇椴哥换鍫濈暦濠靛鐓涢柍褜鍓涚槐鐐参熺捄銊ф澑濡炪倖鍔ч懙褰掑磻閹剧粯鍋勭紒瀣硶娴滐綁姊婚崒妤€浜炬繝銏e煐閻℃洜绮堢€n亖妲堥柟缁㈠灠娴滈箖姊洪崨濠呭缂佸纾Σ鎰邦敇閻樼數鐓嬮梺閫炲苯澧撮柟顖氬暣瀹曠喖顢曢悩鍗炲毐缂傚倷鐒﹀畷姗€宕曟繝姘兼晩闁哄洨濮垫刊濂告煃閵夈儱甯犵紒鎲嬬悼缁辨帞鈧綆浜堕崕蹇曠磼濡炶浜�...
- 闂備礁缍婂ḿ褔顢栭崱妞绘敠闁逞屽墮椤潡宕瑰☉娆愮彇闂佹悶鍊曞ù鐑藉箯鐎n喖绠查柟浼存涧閹線姊虹化鏇熸珖妞ゃ垹锕、娆撳礋椤栨碍鐎┑鐐叉閸ㄧ喖寮婚敓锟�
闂備胶枪缁诲牓宕濋幋婵佺細闁规鍠楁刊濂告煠閼测晝绀嬮柟鐑橆殔缁犮儵鎮楅敐搴′簼缂併劍鑹鹃…鍧楀垂濞戞瑦鐝栭梺鎼炲€曞ù鐑藉箯鐎n喖绠查柟浼存涧閹線姊洪崨濠勭煀闁兼椿鍨虫禍鎼侇敋閳ь剟寮绘繝鍌ゅ悑闁搞儯鍔嶅В鍕煟閻樿精顒熼柛銊ф暬椤㈡瑩寮撮悩鍐差€涢梺瀹犳閹虫劗绮堟径濞㈡棃宕掑ù顒佸灩缁晠鎳¢妶鍡楁瀭闂佺硶鍓濇笟妤呭汲閵夆晜鐓忛柛鈩冩礃椤﹂绱掑Δ浣瑰暗闁逞屽墰椤㈠﹪宕洪弽褜鍟呴悹鎭掑妽鐎氭艾菐閸ャ劌顣抽柛瀣尰閹峰懘宕妷锔界钒濠电偞鎸婚懝楣冾敄閸儺鏁婂璺烘湰閸犲棝鏌ㄥ┑鍡楁殜闁稿鎸婚幏鍛存倻濡厧鍤遍梺鑽ゅ枑閻熴儵宕愰悷鎷旓絽螖閸愶絽浜炬繛鎴f珪鐎氾拷...