在线客服
首页 > 技术文章 >
技术文章
技术文章

PCI-Express延伸新应用 ASI接口加速网络市场发展

ASI为PCI Express (PCIe)的新运用,也为AdvancedTCA运用的子规范之一,它的方针是要一致不一样描绘接口不兼容的问题。这是一种交流连接的新技能规范,可广泛用于芯片间连接、刀锋效劳器、背板、路由器或交流器等范畴。
ASI(Advanced Switching Interconnect)同享PCIe实体层与数据联合层,但供给比PCIe更多的买卖层处置才干,如对等传输、多点传输、效劳质量包管等功用。为了进步效劳规模,ASI拟定许多协议接口以挑选性供给独特的效劳需求,如封包分段重组、拥塞办理、长途内存存取等功用。
ASI为ASI-SIG(Special Interest
Group)安排所推进,也为ATCA的五项子规范之一[注1],这是一种新的交流连接技能,且Intel为首要推进者之一。这项技能首要是要处置各公司所自行开发的芯片接口不兼容问题。ASI-SIG首要的成员有Agere、Alcatel、IDT、Intel、Siemens、Vitesse和Xilinx等,而ASI-SIG主页上表明,到2005年5月中止已有54家厂商参加。
ASI削减设备重复出资
在运用上,ASI可运用于二大商场,别离为「通讯与网络」商场以及「效劳器与贮存设备」商场。在通讯与网络方面有路由器、交流器、网关器、城市以太网络、无线网络与有线网络等;在效劳器与贮存设备方面有母板效劳器、刀锋效劳器、效劳器背板、贮存效劳器与磁盘阵列等。当前商场上,这类产物的接口与交流方法都是由各公司自行规范描绘,如SPI-4.2/SPI-3、CSIX、Rapid IO、Hyper Transport、PCI-X、PCI Express (PCIe)等,而传输内容也没有一致性,所以不一样公司之间产物彻底无法交流,形成运用者有必要长时刻依靠单一供货商,并要包管供货商是否能供给后续长时刻的保护,另外,也可以为了新增体系功用,有必要大规模从头收购新设备,形成相同功用的设备重复出资,这些都大大添加了保护上与出资上的担负。ASI的接口处置方案便可处置这些不一样规范的接口问题,添加收购者挑选上的弹性,而开发厂商也可利用网络设备模块化,加快网络商场的开展。
在技能上,ASI以具有高延展性的PCIe技能为根底,PCIe已得到商场上的认同,除了芯片与与芯片间的运用(如DSP、NPU),更现已运用于背板上。ASI延用PCIe的实体层与数据联合层,再加上比PCIe更多的买卖层处置才干,到达比PCIe更多的功用,如对等传输(Peer-to-Peer)、多点传输(Multicast)、效劳质量包管(QoS)等功用。
ASI串行传输大幅削减针脚数目
ASI是以封包为根底的协议层协议(图1),有别于其它并行信号脚的操控方法。在实体层方面,因为实体层和PCIe同享(图2),所以实体层是以单条线速2.5Gbps的串行解串行接口(SerDes I/F),图3为串行解串行接口的示意图,在传送端是以8bit的单位,颠末8b/10b的独特编码方法,将8bit的数据转换成10bit的数据,接着,再以bit为单位的传送;而接纳端按照相反的运作形式,先将1bit的接纳进来,再累积到10bit之后,以8b/10b的独特译码方法,将10bit的数据还原为8bit。
SerDes现已是一种高速传输的趋势,它是在1980年时由IBM Corp所提出,以低电压差动信号(Low Voltage
Differential Signaling, LVDS)的直流平衡(DC
Balanced)特性,处置高速传输时的AC-Coupled负载驱动问题,并进步传输线距离。因为它的串行传输大幅削减针脚数目,且内含的频率信息可以防止数据总线信号之间的同步问题,遍及用于高速背板或芯片间的交流。要运用这种传输方法,首要要拟订信号的开端信号,颠末独特保存的独特码(Special Characters,在编码规范为Kx.y,如K28.5为IDLE),先到达传送端与接纳端彼此之间的同步,之后就可以传送通常数据。通常数据编码也是颠末独特挑选过的(Data Symbol,在编码规范为Dx.y,如D22.5)。数据的编码可以加强数据正确性的侦错(Error
Detection),可是8b/10b编码并没有过错更正(Error Correction)的才干。图3所示为一条串行/解串行的操作景象,称之为单一通道(Lane),若要到达更高速频宽的交流,可以添加平行通道数,当前PCIe Rev1.0a规则可运用x1, x2, x4, x8, x12, x16或x32的通道宽度,但要注重的是,若要运用高宽度信道,必要注重各信道之间的同步问题。
而数据链路层也和PCIe同享(如图2),它首要是供给协议层之间牢靠的交流,PCIe的数据链路层有几种侦错与重试方法:.担任发作协议层封包的序号与LCRC。
.暂存协议层封包以敷衍重传的发作。
.协议层封包与数据链路层封包的数据完整性(Integrity)查看。
.正向以及反向的数据链路层回答(Acknowledge)。
.过错发作的记载与陈述。
.连接回答的超时重传机制。
协议层有必要独特评论,因为ASI拟订和PCIe不相同的协议封装方法,首要咱们先晓得PCIe的协议层供给那些功用:
.协议封包次序(ordering)与需求处置。
.信用量方法的连接操控。
.数据正确性侦测。
在协议寻址方面,PCIe的协议层除了撑持PCI的三种传统寻址方法,内存(Memory)协议、输收支(I/O)协议及设置(Configuration)协议,并参加了新的消息(Message)协议,新参加的消息协议在以往是以专属针脚的方法交流,如中止、过错告诉、电源办理等,在PCIe中是以封包夹藏不一样消息的方法作交流。可是,这些都缺乏以敷衍ASI所要到达的功用,所以ASI从头拟订了协议层的内容。
在寻址方面,首要,咱们有必要先晓得PCIe的运用环境,因为PCIe在拟定的根本方针之一就是要可以很简略将传统PCI的功用延伸,并彻底兼容现有的软/硬件,这代表传统的PCI架构约束了PCIe只能选用同享内存寻址(Global Memory Address-Based)和树状拓朴(Tree Topologies),PCIe处置的是单台计算机、单处置器的环境,若要交流两个独立内存地址,PCIe选用非通透桥接器(Non-transparent Bridge)。可是ASI的环境可以是几台独立的计算机、也可以是几颗独立的处置器,它们的特征是操控的内存地址是各自独立的,若ASI的机器之间要做数据的读写,运用PCIe的协议层寻址便会发作问题。ASI的拓朴方法,不仅仅树状拓朴,也可以是星状(Star)、双星(Dual-star)或网状(Mesh)等拓扑,而这些拓朴常常运用于刀锋效劳器、计算机丛集、贮存数组、电信路由器、或交流器等环境中,为了到达对等传输(Peer-to-Peer)的才干而不必外挂非通透桥接器,ASI拟订了简略读存(SLS)、简略行列(SQ)、和包管数据传送(SDT)等协议接口。
在质量包管方面,PCIe只供给信用量的联机操控,在PCIe是一个比较小的国际,首要和北桥芯片作交流,当某设备如显示卡等占用PCIe频宽时,形成的体系推迟仅限于单台计算机。而ASI是多处置器或是多台计算机的架构,某两条联机形成其它联机的堵塞(Head-Of-Line Blocking, HOLB)是很严重的,为此,ASI供给两种杰出的壅塞办理(Congestion Management)机制,除了信用量联机操控(Credit-based Flow Control, CBFC),还参加了情况联机操控(Status-based Flow Control, SBFC),以到达更好的联机操控与质量包管效劳(QoS)。
除此之外,ASI期望扩展效劳的规模,除了ASI封包,它还期望可以交流PCIe、SPI-4.2、Fiber Channel、Infiniband、TDM及以太网络封包等,换句话说,ASI想到达各种协议封包的地道(Tunneling),因而ASI参加了可挑选性仓库的「协议接口群」(Protocol Interfaces, PIs),PIs除了ASI-SIG所拟订的功用区外,还有自订功用区与保存功用区,以敷衍已知与不晓得的封包地道。
简便低本钱路由机制
ASI的封包标头如图4所示,它共有8Bytes。它的路由机制和以太网络的路由机制彻底不一样,ASI选用一种简便、低本钱的路由机制,它的路由信息包括有方向(Direction,ASI标头中的D)、转向池(Turn Pool)和转向指位器(Turn Pointer),如图5所示。它是以封包来历为根底(Source-based),而非以太网络中各设备的仅有MAC/IP地址。ASI封包在传送前有必要晓得和本人关联的连接拓朴,这意味着两个不一样设备要传送给同一设备时,这两台设备所运用的路由信息是彻底不一样的。「方向」决议路由方向,可以为正向或反向(图6)。「转向指位器」则决议「转向池」的开端方位,每颠末一个交流器,转向指位器就会添加log2(埠数),例如某交流器有8个埠,则颠末这个交流器之后,转向指位器就会加3。转向池的内容为此交流封包的进埠与出埠的「距离差」,例如一个8埠的交流器,进埠为6,而出埠为4,则正转向池的内容为5(距离为7、0、1、2、3,共5个埠)。

ASI供给「疾速过错康复」(Rapid Fault Recovery)的功用,以太网络则为Source MAC与Destination MAC作交流,可以还要将MAC查表之后重贴为新的值。可是ASI在处置这类问题时并没有那么杂乱,它不必杂乱且巨大的MAC/IP搜索表(Look-Up Table),当交流后有过错发作时,将方向D由正向变成反向,而转向池的内容不需改动,则过错回复封包便可直接回到招致过错发作的封包发作端,而封包发作端也可以很快的晓得过错回复封包的发作来历。



ASI撑持多点传输路由,其封包标头内容如图7所示,它的协议接口为PI-0。可撑持64K组多点传输群组,而群组的树立/移除由软件完结,终端设备可以写入(Write)与倾听(Listen)。ASI交流器按照封包标头中的「多点传输群组辨认」(Multicast Group Index)对应内部的搜索表,搜索表内含有各群组辨认所对应的输出埠,最终ASI交流器再按照这些指定输出埠将封包仿制许多份之后传送出去。



壅塞办理操控联机流量



ASI供给两种杰出的壅塞办理(Congestion Management)机制别离为信用量联机操控(Credit-based Flow Control, CBFC)与情况联机操控(Status-based Flow Control, SBFC)。



为了操控联机流量,首要有必要先区别联机的品种。在ASI的封包标头中(图1)有3位的传输量品种(Traffic Class, TC)信息,而这项信息在交流进程中并不会被更动,ASI交流器按照传输量品种的指示分类所接纳的封包。ASI交流器内另外有一个对应表(如图8),将这笔封包再分类于TC所对应的虚拟通道(Virtual Channel, VC),这项对应可以是一对一的对应,也可以是多对一的对应,举例而言,有可以TC0~TC3都对应到VC0,而TC4~TC7别离对映VC1~VC5。最终ASI交流器再按照虚拟通道别离将这些累积在虚拟信道行列内的封包传送出去。当分类完结后,ASI交流器便可以别离对VC(以信用量联机操控)或TC(以情况联机操控)做监控。



「信用量联机操控」是以信用量为单位对每条虚拟信道联机的联机操控,交流后接纳端(图9中的Egress Line Card)守时宣布信用量给交流后传送端(图9中的Fabric Card),而交流后传送端接纳到信用量的更新消息后,便不断累积所得到的信用量,当有累积满足的信用量可以传送等候的封包材料后,传送端就可将封包送出。



SBFC是以情况的方法对每条传输量品种联机的联机操控。当Fabric
Card将封包交流后会先暂存于行列中,而这些行列空间的运用情况便会传送到前一级。当行列空间缺乏时,便会宣布XOFF信号,而前一级收到XOFF后,则有必要中止传送,以防止行列空间接纳过多的封包。直到XOFF消息中指定的逾时时刻之后,才可以再开端传送。



ASI削减宽带糟蹋



ASI供给许多独特的功用,它的封装方法如图10所示,而供给的功用品种如表1。除了ASI Route Header之外,其它都为挑选性运用,这代表ASI的运用弹性,在不一样的运用可以有不一样的组合运用方法,也可削减不必要的频宽糟蹋。协议接口可以是为了供给更高层的效劳,也可以仅仅交流进程间的中心产物,在封包的结尾这些协议接口就会被拔除,相似当前新的通讯协议「多重协议标号交流(Multi-Protocol Label Switching, MPLS)」所供给的网络功用。



PI Header是以仓库(Stack)的方法将PI所代表的功用附加上ASI封包中。表1所列为当前已知的协议接口,简略阐明如下。



多点传输途径树立(Multicast Path Building)



拟订于协议接口PI-0。当运用环境各设备的拓朴有两个独立的拓宽树(Spanning
Tree)时,可用来挑选拓宽树的首要具有者(Owner),最大可撑持16个拓宽树,也可用来树立每个VC Type的最大封包长度、或树立多点传输途径的群组。多点传输遍及运用于贮存媒体与工作站,例如数据映像(Data Mirroring)或设备重复(Redundancy)等,当有相同的消息要传给多位接纳者时可运用这个协议接口。



树立联机辨认(Flow ID)



运用协议接口PI-1,可树立点对点的联机辨认,当辨认树立时会以「事情陈述」消息回传。



传送效劳(Transport
Services)



PI-2协议接口可供给以下功用:



?分段与重组(Segmentation and Reassembly, SAR)



?封装(Encapsulation)



?定序(Sequencing)



?牢靠传送(Reliable Transport)



封包的分段在效劳质量包管(QoS)和硬件描绘约束是有必要的。例如当封包很长,硬件没有供给满足的缓冲区时;或许在做不一样协议间的交流,协议自身关于封包长度的约束不相一起。而封包过长,可以会影响到其它封包流的传送接纳,在以太网络上,IP就供给这种分段效劳。过长的封包被切割成许多小封包,接纳端有必要要将这些小封包重组回本来的大封包。不过要注重的是,PI-2必不撑持非次序(Out-Of-Order, OOO)的封包重组,这一类的封包重组有必要运用很多的数据办理与贮存空间,而在ASI这种短距离且交流途径十分态变化的环境之下,除了俄然的设备失效,简直不太可以发作非次序紊乱。



设备办理(Device
Management)



PI-4可用来读取/写入设备的操控布局,因而这项操作有必要具有操作特权,不然会呈现安全问题。



事情陈述(Event
Reporting)



PI-5事情陈述必定是以反向路由的方法以辨认事情发作的来历。



PCI Express通道(PCIe Tunneling)



PI-8只供给一个PCIe树状拓朴的封包桥接,并不撑持非通透桥接,这也显示出它只担任单一处置器与单一内存空间。



包管数据传送(Secure Data Transport, SDT)



SDT为ASI的协议接口PI-9。它运用硬件的方法供给Stream Socket中的Read/Write功用,而且可直接将数据放入运用程序内存中,可联系RDMA、及操作体系核心所运用的涣散(Scatter)/调集(Gather)数据处置方法。它让ASI供给相似TCP的功用。



简略读存(Simple
Load Store, SLS)

SLS为ASI的协议接口PI-10。它让每个PCI/PCIe设备都能具有一个独立的内存方位,可撑持多处置器等多内存空间的环境,这代表SLS替代了PCI/PCIe本来需求有「非通透桥接器」才干具有的对等传输功用。ASI与PCIe本来就有同享的实体层与数据联合层,PCIe的封包并不需求从头封装,只要做简略的内存方位转译。关于网络贮存上的新式技能,RDMA(Remote Direct Memory Access),若运用SLS可以比本来RDMA所选用的TCP/IP更有功率。简略行列(Simple
Queue, SQ)SQ为ASI的协议接口PI-11。它运用一个简略的推拉行列Push/pull Queue)作消息的交流,简略行列的行动与简略读存十分相似,首要不一样点在于简略行列是选用指定方位的一起行列内存,而非单个内存寻址的方法,在运用时有必要查看途径(Path)、锁钥(Key)及溢满(Overflow)等安全承认。它供给相似UDP的功用。
 Intel全力推进ASI
ASI为PCI Express的新式运用,而且是AdvancedTCA的子规范之一,它的方针是要一致各厂间接口描绘不兼容的问题,一致后更可模块化各设备,加快各商场的生长。ASI同享PCI Express的实体层与数据链路层,它的优点在于削减了厂商开发ASI的技能时研制时程与本钱,并防止描绘经历的重复出资。它选用与以太网络不相同的路由机制,并能到达PCIe所没有的对等传输功用。ASI供给更好的效劳质量包管、更安全牢靠的备援机制、更直接的内存操控、以及更广泛的效劳规模。为了已知与不可知的路由交流撑持,ASI拟订了充沛具有弹性的协议界面,可以挑选性参加与移除各项独特的功用。
商场上已有AdvancedTCA产物,而ASI的规范仍在进行傍边。当前可以看到的是Stargen的AXSYS产物宗族推出了两套系列产物,别离为MERLIN(Switch)与KESTREL(PCIe
Bridge),他们宣称是业界榜首的ASI硅晶处置方案;nSYS也供给ASI的Simulation Environment,并供给描绘与测验验证工程师,以及客制化的描绘效劳;测验仪器大厂Agilent Tech.现已有撑持最大x8的ASI测验仪器;PLX有PCIe的Bridge/Switch操控芯片,可是ASI仍在开发中;XILINX为商场上FPGA的供给者,当前已有ASI Endpoint的处置方案,供给以Coregen发作的HDL Simulation、以及Virtex-II Pro的Emulation;至于Intel、IDT、Sandburst与Alcatel,没有看到有芯片组的推出,但Intel正全力推进ASI的开展。PCIe的运用正不断的生长,在将来,一切PCIe运用的设备都可以靠ASI连接,ASI正成为趋势,它的重要性已不可言谕。  
北京迪阳世纪科技有限责任公司 版权所有 © 2008 - 2018 著作权声明
010-62156134 62169728 13301007825 节假日:13901042484 微信号:sun62169728
地址:北京市西城阜外百万庄扣钟北里7号公寓
E_mail:sales@pc17.com.cn 传真: 010-68328400
京ICP备05038211号 公备110108007750