高速串行總線技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用分析

PCIe協(xié)議也支持通過消息TLP的消息傳送。不過消息TLP只支持有限數(shù)量的功能，如中斷和復(fù)位信號。這點與以太網(wǎng)和RapidIO消息包有很大的不同，后者可用于進程間通信。

與PCIe 不同，建立在以太網(wǎng)物理層之上的軟件協(xié)議只支持消息語義。在發(fā)送消息時，發(fā)送者只需知道接收地址。尋址機制一般是分層的，因此沒有哪個節(jié)點必須知道所有的地址。地址可能會隨系統(tǒng)發(fā)展而改變，支持軟件單元實現(xiàn)相互間的松散耦合。這些屬性對數(shù)據(jù)平面應(yīng)用來說是必要的。

RapidIO同時支持讀/寫和消息語義。除了明顯的架構(gòu)優(yōu)勢和系統(tǒng)靈活性外，對讀/寫和消息處理的支持允許單路互連同時用于控制和數(shù)據(jù)平面。RapidIO系統(tǒng)因此要比必須結(jié)合PCIe和以太網(wǎng)的系統(tǒng)來得更簡單，從而具有降低功耗和成本的優(yōu)勢。

PCIe不可能在其數(shù)據(jù)包定義中合并進程間通信消息語義，因為與傳統(tǒng)PCI和PCI-X總線的操作相沖突。PCIe是圍繞根聯(lián)合體概念設(shè)計的，這個聯(lián)合體只包含系統(tǒng)中的處理器。在這個范例中，沒有消息處理是在PCIe到其它軟件實體上完成的，因此消息語義沒有價值。

人們對以太網(wǎng)通過遠程直接存儲器訪問(RDMA)協(xié)議支持讀寫語義尚存爭議，該協(xié)議支持設(shè)備間進行直接存儲器拷貝。然而，RapidIO(和PCIe)讀寫語義的效率要比RDMA高得多。RDMA協(xié)議建立在其它以太網(wǎng)協(xié)議之上，如TCP，并且每個數(shù)據(jù)包都需要大量的包頭開銷。與RapidIO讀/寫事務(wù)處理相比，RDMA實現(xiàn)在時延和帶寬方面付出的代價都要大得多。雖然一些RDMA能幫助卸載已有引擎的負(fù)擔(dān)，但很難想象將RDMA用于控制平面功能，例如對寄存器進行編程。

消息語義的一種可能應(yīng)用是其它協(xié)議的封裝。RapidIO擁有封裝各種協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。這種封裝能力給系統(tǒng)設(shè)計人員提供了許多優(yōu)勢，包括未來將要證明的RapidIO背板。任何未來、傳統(tǒng)或?qū)Ｓ袇f(xié)議都可以用標(biāo)準(zhǔn)的RapidIO組件進行封裝和傳送。例如，用于以太網(wǎng)封裝的現(xiàn)有 RapidIO規(guī)范就允許設(shè)計人員在基于RapidIO的系統(tǒng)中使用基于以太網(wǎng)的軟件。

以太網(wǎng)也支持封裝，并且有多種封裝標(biāo)準(zhǔn)可以選擇。RapidIO的封裝效率要比以太網(wǎng)高，因為以太網(wǎng)協(xié)議層需要更多的頭部開銷。

曾經(jīng)有個組織試圖對在PCIe類結(jié)構(gòu)上的各種協(xié)議封裝進行標(biāo)準(zhǔn)化。但幾年前這個組織宣告失敗，因為過程太過復(fù)雜。由于與傳統(tǒng)總線相關(guān)的要求，很難將PCIe擴展成適合嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

可靠性和可用性

大多數(shù)系統(tǒng)對可靠性和/或可用性都有要求。有可靠性和/可用性要求的系統(tǒng)需要誤碼檢測、誤碼提醒、故障元件分析與隔離以及恢復(fù)機制。從高層看，PCIe、RapidIO和以太網(wǎng)在所有這些方面都要相似的功能。不過在備份策略以及快速隔離系統(tǒng)使之免受故障元件影響的功能方面有很大差別。

起初，互聯(lián)網(wǎng)使用網(wǎng)絡(luò)層的軟件協(xié)議，在可能會經(jīng)歷嚴(yán)重?fù)p傷的網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的通信。因此以太網(wǎng)的原始誤碼管理功能主要用于檢測、隔離和避免網(wǎng)絡(luò)中的新漏洞，而不是用于單個系統(tǒng)的魯棒性。系統(tǒng)可靠性通過網(wǎng)絡(luò)元件的復(fù)制來實現(xiàn)。后來的性能增強則增加了標(biāo)準(zhǔn)化的誤碼捕捉和誤碼提醒機制來簡化網(wǎng)絡(luò)管理。

RapidIO具有與以太網(wǎng)類似的備份、誤碼捕捉和誤碼提醒功能。PCIe支持有限的備份策略，因為它的傳輸層僅限于樹狀結(jié)構(gòu)。上文提及的PCIe非透明橋接(NTB)允許兩個或多個樹狀結(jié)構(gòu)進行通信，足以實現(xiàn)1+1備份(也稱為1:1備份)。NTB很難拓展到采用N+M備份機制的系統(tǒng)。理論上多根I/O虛擬化(MRIOV)可以用來在PCIe系統(tǒng)中支持N+M備份，其中N+M的總數(shù)量不超過8。然而，由于MRIOV系統(tǒng)中的子樹無法相互通信，從故障恢復(fù)可能要求系統(tǒng)中斷運行，目的是重新配置系統(tǒng)，以便隔離故障元件，并采用新的元件。

與PCIe和RapidIO相比，以太網(wǎng)的誤碼檢測機制通常比較慢，因為以太網(wǎng)是針對全球范圍內(nèi)分布的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的。PCIe和RapidIO都有誤碼檢測和提醒機制，其時延要比以太網(wǎng)小得多。

雖然PCIe和RapidIO都保證數(shù)據(jù)包的發(fā)送，但在誤碼條件下它們會棄包，以防止故障元件造成致命擁塞。然而，PCIe誤碼條件機制是不可配置的。當(dāng)鏈路必須再學(xué)習(xí)時數(shù)據(jù)包通常會被丟棄。另外，PCIe隔離機制只在幾個毫秒后就被激活。這些并不是所有系統(tǒng)都理想的行為。

相反， RapidIO標(biāo)準(zhǔn)允許對誤碼作出特殊系統(tǒng)響應(yīng)，如鏈路再學(xué)習(xí)。當(dāng)誤碼發(fā)生時，系統(tǒng)會立即開始棄包，或者它會保留包，并允許擁塞發(fā)生。RapidIO使用 '漏桶'式誤碼計數(shù)方法，并有兩個可配置門限。DEGRADED門限能盡早提醒系統(tǒng)管理軟件鏈路上正在發(fā)生誤碼。FAILED門限用于觸發(fā)丟包以實現(xiàn)用戶定義的誤碼率。RapidIO誤碼管理的靈活性反映了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員的不斷變化需求。