pci+express接口设计与验证

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1、PCiExpress接口设计鱼里遥第1章引言1、研究PCI及PCIExpress系统结构和互联技术，了解过去和当今世界计算机核心架构体系和设计思想。比较新旧体系的不同，说明新的PCIExpress体系的优点。重点研究和板级设计密切相关的PCIExpress物理层电气特性。2、研究影响串行信号完整性的因素，讨论如何对PCIExpress设备和通道进行建模，以及信号完整性分析的方法。3、研究PCIExpress元件布局、系统布线的方法，及其他系统设计的注意事项。4、进行PCIExpress通道设计的验证，根据行业规范进行一致性眼图测量，分析测试结果。1．3论文组织结构本文共分为五

2、章：本章介绍课题背景、课题研究内容及论文组织情况。第二章通过对传统的PCI总线进行分析，指出PCI总线接口在连接速度、设计和应用上的历史局限性。对新兴的PCIExpress技术要素进行简要的介绍，包括接12的模式、设备类型、数据传输方式，并分析了其技术上的先进性。指出未来10年中，PCIExpress技术将是计算机行业的核心架构。第三章主要研究PCIExpress的电气特性，指出其具有信号物理形式、时钟机制、电磁兼容性和AC耦合等各种电气特性方面的优势。通过研究链路调训机制，指出PcIExpress的物理层功能特点，包括对下游设备的侦测、链路速率沟通、差分对连接极性反转、通道

3、间去偏移、通道宽度沟通和通道连接反转。最后，对PCIExpress的电气规范的要点进行分析，指出实现信号完整性设计的要素。第四章研究PCIExpress差分信号的建模方式，通过分析芯片内驱动器特性、封装特性和芯片外互联电路特性，指出每一部分可能会引起的信号完整性问题以及如何进行最差情况的仿真。特别介绍了时域仿真方法，包括DOE、眼图观察和测量。最后简要介绍常用的仿真通道结构。第五章首先介绍了电路设计的步骤和电路板层数的选定依据，其次对外围辅助电路(时钟、电容、电源、EMI)和PCIExpress通道电路的设计要点作了介绍，包括线长、线宽、线距、参考平面、接地、折角和过孔。最后

4、研究行业通用的PCIExpress的测量技术，包括如何进行通道阻抗和眼图的测量。2PCIExpress接口设计与验证第2章计算机PCI接口技术研究上世纪90年代初，为了消除专利权支出对计算机产业发展的障碍，由Intel公司发起并联合其他公司组成的PCISIG组织，制定了开放式的PCI总线规范。由此PCI总线在计算机系统中开始取代ISA总线。成为最为流行的计算机总线结构。当时，PCI总线作为一项革新技术，有明显的优势。随着技术的发展，计算机系统处理能力的增强。对接口技术提出更高的要求。PCI总线规范不断被更新，来满足变化的需求。然而，PCI总线本身的结构有多方面的局限性，它不能

5、继续满足传输带宽、芯片管脚数、芯片制程、实时数据传输和速率伸缩性等等方面的要求。当今的技术发展对接口设计提出了新的要求。PCIExpress接口技术应运而生，不仅可以满足现今的这些要求，并且保证一定的可扩展性，来适应长时间的需求。2．1PCI并行总线的局限性PCI总线经历了从32bit／33MHz到64bit／133MHz的演变。PCI-X总线技术甚至可以将总线提高到64bit／533MHz，但是单纯依靠提高总线频率和倍增数据宽度，并不能从根本上弥补PCI架构与生俱来的缺陷。这些缺陷主要包括：1、带宽限制：表格2-1PCI、PCI．X速率对照表列出了PCI和PCbX总线能达到

6、的峰值带宽和总线负载能力。对于占据市场份额85％的台式机和笔记本主板，为了节省布线空间、降低成本，它们只能使用PCI32bit33MHz的总线，除去协议开销，有效的数据传输率只有90Mbytes／sec。十兆级的传输速率远不能满足工作在3OHz的处理器要求的I／o带宽。此外，PCI总线上虽然可以挂较多负载，但由于它们共享总线，造成外设越多，可用带宽就越小。2、芯片管脚数量的限制：从表格2．I可以看到，时钟频率越高，带宽越大，但总线负载能力降低。如果系统需要连接N个PCI-X32．bit533MHz的设备，就必须在芯片上提供N组完整的PCI-X总线引脚。类似的设计需要更大的布线

7、空间，只可能在服务器主板上实现。同时，这样的设计对时序的要求更高，布线长度的匹配需要做得更为精准，可靠的布线长度却相对减短，给布线设计增加难度。3、无法保证实时传输数据：PCI协议采用均衡的仲裁机制，给与每个总线上的设备相同的主叫几率，无法保证某个设备独享总线带宽。对于需要时间同步的应用，例如影像和声音的播放，就不能保证得到时间上的真实还原。4、扩展性有限：随着芯片工艺的发展，5V甚至3．3V供电将被淘汰，芯片采用更低的电压供电。PCI总线由于采用单端方式传输，不能工作在低电压上。表格2-1PCI、PC