0 引言
    RapidIO互連構(gòu)架作為一種基于可靠性的開放式互連協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),，以其高效率、高穩(wěn)定性,、低系統(tǒng)成本等特點,，可為通信系統(tǒng)各器件間提供高帶寬、低延時數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕鉀Q方案,。同時,，它還擁有支持點對點或點對多點的通信能力，并支持DMA操作和消息傳遞,，同時支持多種拓撲結(jié)構(gòu),，因而可為數(shù)據(jù)處理性能的穩(wěn)定快速提升提供強有力的保障。Tundra公司的TSI578是第三代交換機芯片,，可支援串列RapidIO的處理器與周邊設(shè)備的互連,。該交換芯片可支持80Gb／s的聚合帶寬。借助TSI578系列交換機,，用戶可用較低的成本開發(fā)出功能強大,、性能卓越的系統(tǒng)。T-SI578可為設(shè)計人員和架構(gòu)工程師提供極強的伸縮性,。
    如何設(shè)計基于RapidIO接口的高速電路的信號完整性性能是關(guān)鍵問題,，因此，本文在介紹TSI578硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上,，也簡要說明了高速電路板的設(shè)計方法,，并給出了SRIO信號的眼圖。

1 硬件設(shè)計方案
    本系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)框圖如圖1所示,。該平臺以TSI578芯片為核心,，同時集成了2片F(xiàn)PGA和一片CPU。其中TSI578可提供8個4X模式的SRIO端口,，CPU和2個FPGA分別連接到TSI578的其中一個4X端口上,，并通過SRIO實現(xiàn)互連,，以對外提供4個4X SRIO接口用于與背板之間的數(shù)據(jù)交換。由于TSI578的應(yīng)用設(shè)計方法是本文側(cè)重介紹的內(nèi)容,，因此,，下面主要介紹該交換芯片的硬件應(yīng)用設(shè)計方案。

1．1 SRIO交換器件
    TSI578交換機芯片具有非常高的應(yīng)用伸縮性,，可廣泛應(yīng)用于聯(lián)網(wǎng),、無線與視頻基礎(chǔ)架構(gòu)等領(lǐng)域，因此,，設(shè)計者可以充分利用配置選件來有效地管理電源需求,，從而進一步提高性能。TSI578可靈活地支援多達8個4x mode或16個1xmode的埠,，每個埠可配置為1．25Gb／s,、2．5Gb ／s或3．125 Gb／s。而且交換機的所有埠完全獨立,，可支援各種寬度與速度配置,。
    TSI578具有以下特點：
    ◇伸縮性極強，靈活的埠可支援各種埠寬度與速度,，并可提供適用于網(wǎng)狀,、光纖與集成系統(tǒng)的單一解決方案；
    ◇有群播功能,，可改善分散式處理性能,；
    ◇有通信流監(jiān)控功能，可提高性能與光纖管理功能,；
    ◇增強的SerDes可最大限度地降低功耗,。
1．2 TSI578供電設(shè)計
    TSI578芯片需要3種電源，其中內(nèi)核供電電壓為1．2 V,，I／O供電電壓為數(shù)字3．3 V,，SERDES供電電壓為模擬3．3 V。由于本模塊沒有對噪聲比較敏感的音頻和射頻等模擬電路,，故可以采用DC-DC電路來減少功耗,。設(shè)計時可選取凌特IXM4600模塊來分別產(chǎn)生3．3 V和1．2 V,。該模塊具有高轉(zhuǎn)換效率,、簡單的外圍電路、更小的封裝,、低紋波電壓等特點,。需要說明的是：TSI578芯片對于上電、斷電時序有著嚴(yán)格的要求,，上電的順序依次為1．2 V,、數(shù)字3．3 V,、模擬3．3 V，斷電的順序依次為模擬3．3 V,、數(shù)字3．3 V,、1．2 V。本設(shè)計采用Intersil公司的ISL6123來控制TSI578芯片的上電時序,，ISL6123芯片通過在相應(yīng)的引腳連接不同容值的電容可控制輸出加電控制信號的時間,。
1．3 時鐘設(shè)計
    TSI578芯片需要3個時鐘源，其中一路156．25MHz差分對時鐘輸入(S_CLK_p／n)用來控制信號的傳輸速率,，另一路100 MHz共模時鐘信號(P_CLK)用以控制TSI578內(nèi)部寄存器的訪問,。另外，由100 MHz的高穩(wěn)晶振產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過驅(qū)動芯片后,，其中一路可提供P_CLK時鐘,，另外一路經(jīng)過AD9516芯片產(chǎn)生所需的差分時鐘信號S_CLK_p／n。RapidIO數(shù)據(jù)的傳輸波特率可通過管腳,，分別設(shè)置為1．25G,、2．5G和3．125G。
1．4 復(fù)位設(shè)計
    外部復(fù)位信號在輸入后,，可與手動復(fù)位信號一起作為邏輯門的輸入,，邏輯門的輸出連接至FPGA的復(fù)位控制管腳，從FPGA產(chǎn)生的復(fù)位信號可直接提供給TSI578以及其它芯片作為復(fù)位輸入,。

2 基于信號完整性的高速電路板設(shè)計
    對于高速電路板來說,，信號完整性問題是非常關(guān)鍵的一個問題。信號完整性設(shè)計包括兩個方面,，一個是原理圖中的信號完整性設(shè)計,，另一個是PCB中的信號完整性設(shè)計。在原理圖設(shè)計中,，主要考慮反射和地彈效應(yīng),。對于以上兩個效應(yīng)的處理，可分別采用阻抗匹配和去耦電容兩種方法進行處理,。為了更好的解決信號完整性問題,，通常只局限于原理圖設(shè)計是遠遠不夠的，更多的工作還在PCB的設(shè)計中,。PCB中的信號完整性分析包括布線前仿真和布線后仿真,，前仿真是指在PCB布局、布線之前,，對原理圖中的高速信號進行仿真,，以考察信號在虛擬的疊層結(jié)構(gòu)與布線參數(shù)下的傳輸效果，幫助設(shè)計者優(yōu)化出一套適合當(dāng)前電路的PCB疊層結(jié)構(gòu)、布線阻抗與高速設(shè)計規(guī)則(線寬,、線長,、間距等)。后仿真則提供批處理仿真功能,，它對PCB進行整板或關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)進行交互式仿真分析,，輸出精確的信號波形、電磁輻射頻譜或眼圖,，設(shè)計者可以修改布線參數(shù)后再仿真,，從而發(fā)現(xiàn)并改善不合理的布線。本設(shè)計中的SRIO信號是關(guān)鍵的高速信號,，根據(jù)PCB仿真結(jié)果設(shè)計出的PCB疊層結(jié)構(gòu)和設(shè)計規(guī)則如表1和表2所列,。

3 試驗結(jié)果
    依據(jù)本方案設(shè)計的交換模塊經(jīng)長期試驗，運行穩(wěn)定,，數(shù)據(jù)傳輸帶寬高,。圖2所示是示波器測量的信號工作于2．5Gb／s(見圖2(a))和3．125Gb／s(見圖2(b))時的眼圖。從圖2可看出,，該接口即使在3．125Gb／s模式下工作,，仍然能夠保持很好的信號完整性，可以滿足SRIO信號的判決條件,。

4 結(jié)束語
    本文介紹了基于TSI578芯片的RapidIO交換模塊的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法,，并在電路設(shè)計中運用仿真技術(shù)確保了高速電路設(shè)計的正確性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，基于RapidIO接口的模塊會被越來越多的使用,，交換模塊將成為RapidIO互連構(gòu)架中交換模塊系統(tǒng)設(shè)計的一種重要組件模塊，并在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用,。