即時(shí):充分滿足功耗敏感性裝置與關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的先進(jìn) PCIe 功能
優(yōu)越電源管理與錯(cuò)誤處理能力有效提升了PCIe 在各種應(yīng)用中稱職勝任存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、主干及I/O 互連技術(shù)的可靠表現(xiàn)
作者:Diodes 公司營(yíng)銷協(xié)理Jen Lee
應(yīng)用廣泛的連接功能
(相關(guān)資料圖)
服務(wù)器、儲(chǔ)存裝置及網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)目前經(jīng)常使用 PCI Express? (PCIe?) 互連各種裝置,工業(yè)自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)性裝置及車用電子產(chǎn)品的主干和 I/O 產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目也紛紛正視其優(yōu)點(diǎn),擴(kuò)大采用 PCIe。為了滿足相關(guān)領(lǐng)域的用戶期望與生態(tài)設(shè)計(jì)要求,PCI 特殊課題小組 (PCI-SIG) 在延續(xù)多重世代的規(guī)范里先后引進(jìn)了各種省電創(chuàng)新項(xiàng)目,以及提高可靠性、可用性、可維護(hù)性 (RAS) 的各式功能。
今日的 PCIe 3.0 切換器支持每個(gè)通道最高 8GT/s 的數(shù)據(jù)傳輸速度,結(jié)合大帶寬及最新的電源管理和 RAS 功能,滿足行動(dòng)與嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目的需求。
耗電量再降低
由于有更多的攜帶式裝置、行動(dòng)裝置及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目尋求善用 PCIe 屬性,裝置使用期間與待機(jī)狀態(tài)時(shí)的互連功耗自然成為日益關(guān)鍵的焦點(diǎn)。PCIe 的可擴(kuò)充能力,容許設(shè)計(jì)人員配合產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目,自定義使用中模式的接口帶寬與功耗。Diodes Incorporated 了提供包括 PI7C9X3G606GP、PI7C9X3G808GP 和 PI7C9X3G816GP 在內(nèi)的 PCIe 3.0 切換器系列,這些產(chǎn)品分別提供 6、8 和 16 個(gè) PCIe 3.0 連接通道。
從 PCIe 3.0 這一代開始,即是由鏈路訓(xùn)練狀態(tài)機(jī) (LTSSM) 訂定各種鏈路狀態(tài),這么一來(lái)就能確保裝置使用期間才會(huì)耗電,而在不使用之際,耗電量大幅節(jié)約,系統(tǒng)效能也不受影響。
L0 是鏈路正常運(yùn)作時(shí)的電源狀態(tài)。假如沒(méi)有傳輸數(shù)據(jù),鏈路即進(jìn)入 L1 狀態(tài),此時(shí)會(huì)關(guān)閉部分 PCIe 收發(fā)器邏輯。此外,只在單一方向傳輸數(shù)據(jù)的情況下,還有 L0s 這個(gè)狀態(tài),專供鏈路上的兩個(gè)裝置獨(dú)立關(guān)閉發(fā)射器,從而滿足更細(xì)致的需求。
考慮到物理層里還有模擬電路,閑置之際每個(gè)通道還會(huì)消耗幾毫瓦,另行定義的另一個(gè) L1 子狀態(tài)可供關(guān)閉模擬組件,確保最大化的節(jié)電效果。在 L1.1 的子狀態(tài)下,收發(fā)器 PLL 將會(huì)關(guān)閉,而 L1.2 子狀態(tài)則是關(guān)閉共模電壓保持器,進(jìn)一步降低功率。為了實(shí)現(xiàn) L1.1 與 L1.2 的低功耗狀態(tài),恢復(fù)延遲將會(huì)略為延長(zhǎng)。表 1 說(shuō)明了 L1 和 L1.1/L1.2 子狀態(tài)的特性及效能。
表1. 比較L1 及L1 子狀態(tài)的節(jié)電表現(xiàn)與效能。(數(shù)據(jù)源:https://www.synopsys.com/designware-ip/technical-bulletin/reduce-power-consumption.html)
為了達(dá)到這樣的效果,并且確保鏈路在需要之際進(jìn)入最合適的低功耗狀態(tài)以恢復(fù)運(yùn)行,延遲容限報(bào)告 (LTR) 可供主機(jī)判斷在從任何特定裝置中斷服務(wù)前的最長(zhǎng)等待時(shí)間。至于緩沖區(qū)清空/填滿優(yōu)化 (OBFF) 功能,則允許主機(jī)將系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送予裝置,這樣就能關(guān)閉主機(jī)處理器和內(nèi)存子系統(tǒng),維持更長(zhǎng)的低功耗狀態(tài),成就最大化的省電表現(xiàn)。
還有其他低功耗狀態(tài)可供選用,像是完全關(guān)閉收發(fā)器的 L2 與關(guān)閉收發(fā)器及移除電源的 L3,相關(guān)狀態(tài)設(shè)定有助于在裝置閑置期間,確保 PCIe 互連電路的功耗降至最低。這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用及筆記本電腦、平板計(jì)算機(jī)等設(shè)備來(lái)說(shuō)尤為重要,有效避免了裝置閑置期間的電池意外耗盡。
Diodes 的 PCIe 切換器 PI7C9X3G606GP、PI7C9X3G808GP 和 PI7C9X3G816GP 支持了前述的低功耗鏈路狀態(tài)與子狀態(tài),還能關(guān)閉任何空的熱插入埠,直到需要使用它們?cè)傩虚_啟。憑借啟動(dòng)和連續(xù)運(yùn)行的電源管理方案,它們?cè)谒心J较碌墓亩紭O低。在滿載和 80°C 接面溫度下,PI7C9X3G808GP 的功耗僅為 2.9W。相關(guān)裝置的工業(yè)溫度范圍為:-40°C 至 85°C。
新推出的切換器產(chǎn)品還特別內(nèi)建了 PCIe 3.0 時(shí)鐘緩沖器,協(xié)助設(shè)計(jì)人員最佳調(diào)整產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目的功能和效能。緩沖器支持各種 PCIe 3.0 參考頻率架構(gòu),包括通用、獨(dú)立參考無(wú)擴(kuò)頻 (SRNS) 和獨(dú)立參考擴(kuò)頻 (SRIS)。
在PCIe 中針對(duì)RAS 進(jìn)行尋址
特定物聯(lián)網(wǎng)裝置與機(jī)器人當(dāng)中,具備關(guān)鍵任務(wù)性質(zhì)或高度重視安全的產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目,極為講求高度可靠性、可用性與可維修性。此時(shí)必須備妥合適機(jī)制,確保接口能在不斷變動(dòng)的內(nèi)部或外部條件下正常運(yùn)作,且在數(shù)據(jù)出錯(cuò)過(guò)后也能恢復(fù),重新正常運(yùn)行。
在由 PCIe 規(guī)范的各種基本及選用功能里,涵蓋了確保端到端數(shù)據(jù)完整性的基本要求。其中包括用于偵測(cè)錯(cuò)誤的 32 位逐個(gè)鏈路循環(huán)冗余代碼 (LCRC),以及允許請(qǐng)求重放的確認(rèn)機(jī)制 (ACK/NACK)。確認(rèn)逾時(shí)證實(shí)鏈路伙伴正常運(yùn)作,就可以在未接收情況下重新訓(xùn)練鏈路。另有用于偵測(cè)端到端數(shù)據(jù)完整性的交易層 32 位 CRC (ECRC)。此外,針對(duì)潛在逾時(shí)的失效安全機(jī)制,可供確保鏈路伙伴返回到已知狀態(tài),并且重新初始化 LTSSM。
若有需要?jiǎng)t可選用先進(jìn)錯(cuò)誤報(bào)告 (AER) 這項(xiàng) PCIe 功能,從而擴(kuò)大錯(cuò)誤訊號(hào)和記錄范圍。錯(cuò)誤寄存器顯示 PCIe 裝置功能上每個(gè)錯(cuò)誤的狀態(tài)、指出錯(cuò)誤的嚴(yán)重性和來(lái)源,且能評(píng)估可改善及不可改善的錯(cuò)誤,從而確保系統(tǒng)順利偵測(cè)故障,并進(jìn)入安全狀態(tài)。
Diodes 的 PI7C9X3G606GP、PI7C9X3G808GP 及 PI7C9X3G816GP 除了支持各種數(shù)據(jù)完整性功能,同時(shí)也支持 PCIe 規(guī)范中的規(guī)定,據(jù)以處理突然熱拔除相連裝置的情況。移除裝置之際,請(qǐng)求逾時(shí)的正常響應(yīng)較慢,可能造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤及任務(wù)中斷;偵測(cè)到移除裝置之際,只要能快速加以響應(yīng),即足以避免意外熱拔除造成的各種錯(cuò)誤。
切換器同時(shí)支持選用 PCIe 的下游埠遏制 (DPC) 功能,專門處理無(wú)法改善的錯(cuò)誤。具備 DPC 功能的端口,一旦偵測(cè)到無(wú)法改善的錯(cuò)誤時(shí),會(huì)自動(dòng)禁用一個(gè)鏈路,藉由此舉避免損壞數(shù)據(jù)擴(kuò)散,同時(shí)兼顧裝置的順利移除。移除裝置后,則會(huì)清除狀態(tài)標(biāo)志,此時(shí)就可以對(duì)新連接的裝置重新訓(xùn)練鏈路。這些切換器同時(shí)對(duì)于上游/下游埠和序列/平行熱插入類型,支持熱插入。
其他功能則包括支持跨域端點(diǎn) (CDEP) 模式,其中一個(gè)端口被配置為 CDEP,據(jù)此連接至另一臺(tái)主機(jī)而非連接到端點(diǎn)。這樣的設(shè)計(jì)提供了故障轉(zhuǎn)移冗余,或是確保兩個(gè)處理器之間,乃至于一個(gè)處理器與另一個(gè)配置為處理器模式的智能轉(zhuǎn)接器之間,通訊的順利進(jìn)行。個(gè)別裝置均具備四個(gè)物理直接內(nèi)存訪問(wèn) (DMA) 信道,提高了主機(jī)與端點(diǎn)之間交換數(shù)據(jù)的效率;此等物理信道可以共享,容許八對(duì)位置同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。
結(jié)論
PCIe 的普及正在從越數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器及個(gè)人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域擴(kuò)展到更廣泛的領(lǐng)域,包括工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)性裝置市場(chǎng)等。在最新規(guī)范里增添更強(qiáng)大的功能,就能將功耗降至最低,同時(shí)提高 RAS。支持相關(guān)功能的 PCIe 切換器,可供系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在注重功耗及重要產(chǎn)品應(yīng)用項(xiàng)目里,充分善用此種互連技術(shù)的速度優(yōu)勢(shì)與多功能特質(zhì)。
關(guān)鍵詞: 傳輸數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)完整性 關(guān)鍵任務(wù) 設(shè)計(jì)人員 鏈路狀態(tài)
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