引言

如其前一代產品外設互聯標準（Peripheral Component Interconnect，PCI）那樣，PCI Express正在成為普遍使用的系統接口。與PCI不同的是，PCI Express采用了串行器/解串器（SERDES）接口為用戶提供了未來應用所需的可拓展性。隨著系統帶寬的提高，更多的應用開始使用基于SERDES的接口，如PCI Express。過去，通常使用ASIC或ASSP來實現下一代接口解決方案。ASIC和ASSP因其提供了低成本、低功耗的設計解決方案而被廣泛采用。然而，現在一些新的FPGA系列為設計師們提供了更具吸引力的選擇。

FPGA提供了極具靈活性的平臺并且不需要ASIC或靈活性較差的ASSP所需的很長的研制時間和大量的非重復性工程費用（NRE）。新一代帶有嵌入式SERDES的FPGA，如LatticeECP2M和LatticeECP3器件，為設計師們提供了極其豐富、高價值的可編程架構，同時還為串行接口提供了一種低成本、低功耗的解決方案。這些FPGA還可用于支持各種串行協議，如：PCI Express、千兆以太網、SGMII、XAUI、串行RapidIO等，使用單個FPGA平臺實現多種設計。

PCI Express也開始代替過去的并行接口，如PCI，成為控制板應用的接口選擇。新一代器件使用一個或多個PCI Express接口。在大多數器件中，PCI Express核作為一個PCI Express端點來實現。設計師們通常需要將這些器件與前幾代使用并行總線的器件連接（例如，帶有并行總線接口的微控制器）。使用一個低成本、低功耗的FPGA來橋接PCI Express和并行接口，使得設計師們能夠有足夠的靈活性，在無需使用超出其系統成本和功耗預算的前提下解決這個問題。

PCI Express設計的挑戰

當設計師們將設計從PCI遷移到PCI Express時，協議錯綜復雜的細節和基于SERDES的設計的復雜性給設計師們帶來了巨大的挑戰。幸運的是，FPGA和全功能PCI Express IP核、參考設計、硬件*估板和相關的演示有助于設計順利進行，否則PCI Express設計師們將面臨困難曲折的研究學習過程。事實上，FPGA是一種基于PCI Express應用的理想平臺。由于FPGA的可編程特性，使得設計師們擁有更大的靈活性，在之后的設計周期中使用很短的周轉時間來解決設計問題。設計師們還需要為每個設計需求演變過程中的特性更改或添加作好準備。此外，FPGA設計使設計師們能根據新的參數規格更改和更新設計，從而使產品不會因過時而被淘汰。可編程平臺還能讓設計師們使用同一款FPGA來實現接口解決方案，連接到大量其他PCI Express芯片集：端點器件、Root Complex或開關。設計師還可以將系統所需的其他功能集成到FPGA中，減少板上的元器件數量并進一步降低系統的總成本。

PCI Express解決方案

FPGA為系統設計提供了極其靈活的可編程平臺。全套解決方案包括了IP核、硬件平臺、演示設計、驅動器和軟件，使得設計師們能縮短其開發周期，同時降低設計的復雜性。PCI Express解決方案所需要解決的一個常見的設計要求就是PCI Express串行接口（端點器件）與合法的并行總線接口之間的橋接，如圖1所示。帶有PCI Express Root Complex IP核的FPGA為設計師們提供了實現這樣一個解決方案所需的基本構建模塊。或者也可以使用ASSP和ASIC實現該功能。然而，與FPGA不同的是，這些器件僅能實現一種固定的配置，且不能更改來實現其他可用的并行總線接口。相反，可編程FPGA平臺可使設計師們在設計中進行更改以實現特定的橋接功能，以符合其特定板上可用接口的要求。設計師們還能靈活地在單個FPGA中實現多種橋接或不同橋接配置，從而減少板上總的元件數量。帶有PCI Express Root Complex IP核的FPGA可以實現設計所需的多種其他橋接解決方案。

圖1：PCI Express橋接解決方案。