RocketIO及其在高速数据传输中的应用

　　2.1 Aurora协议

　　Aurora协议是一种可配置的、简便的数据链路层协议，可以通过使用一条或多条高速串行通道实现点对点的数据传输。Aurora协议可为私有上层协议或标准上层协议提供透明接口的串行互联协议，允许任何数据分组通过Aurora协议封装，并在芯片间、电路板间甚至机箱之间传输。Xilinx还开发了实现该协议的Aurora IP核，当使用Virtex5 FPGA提供的RocketIO时，Aurora可实现每个物理通道500 Mb/s到3.75 Mb/s的传输速率。Aurora可将1~16个物理通道绑定在一起，形成一个由16个通道绑定而成的虚拟链路，提供最高60 Gb/s的传输波特率[1]。其结构如图5所示。

图5 Aurora核结构

　　Aurora核可以帧模式或流模式传输数据[4]。Aurora的帧可以是任意大小，并可以在任意时刻被中断。有效数据之间被自动以空闲（idles）序列信号填充，以维持通道的锁定。帧模式下有可选的数据流控制信号，以降低接收数据速率，或传送简短而优先级高的信息。流模式在Aurora核中以一个无结尾的帧方式实现。在数据传输的间隙补以空闲序列信号。

　　2.2 PCI Express协议

　　PCI Express是PCI、PCIX协议的下一代协议，是一种广泛适用于计算和通信平台的高性能通用互联结构。同Aurora协议相似，PCI Express协议采用点到点的串行链接，单通道可实现2.5 Gb/s的传输速率，最高可使用16个通道实现40 Gb/s的高速通信。Xilinx公司开发的集成的PCIE IP核(Integrated Endpoint Block)可实现最高8个RocketIO通道的绑定，以此为物理层基础实现20 Gb/s的传输速率。PCI Express协议包含传输层、数据链路层和物理层，其在FPGA上基于RocketIO实现的结构框架如图6所示。

图6 Xilinx PCIE IP核结构框图

　　2.3 高速信号传输系统的共性

　　RocketIO可应用于多种高速数据处理应用的场合，这是由于高速信号传输系统结构都可以概括为三个组成部分，并且传输协议分层实现的方式使得系统协议与硬件系统之间具有一定的独立性。

图7 高速信号传输系统框架图

　　高速信号传输系统的实现方式多种多样，但一般均由上层协议、高速收发器以及传输接口组成。其结构框架如图7所示。

　　上层协议：根据不同的任务需要，为实现高速信号传输制定的传输协议多种多样，包含的层数也不同。如PCI Express协议具有物理层、数据链路层以及传输层，Aurora协议具有物理层和数据链路层，10 Gb/s以太网协议（XAUI）包含物理层和数据链路层。用户程序可使用这些传输协议实现数据的收发。

　　高速收发器：高速收发器是所有传输协议都必须具备的物理层，是实现高速信号传输的基础。一般实现串并转换、时钟数据恢复、线路编码、线路绑定等功能，可为多种上层协议提供硬件支持。Xilinx公司推出的RocketIO与Altera公司推出的Rapid IO等都可看作高速收发器。

　　传输接口：在高速的信号传输系统中传输接口与高速收发器之间通过差分线连接，可实现全双工的双向传输。接口形式与具体应用相关，如实现PCI Express传输协议的PCIE接口、实现光线传输协议的光线接口以及实现高速以太网通信的网络接口等。

　　其中相同的高速收发器可以应用于使用不同传输协议的系统中，所连接的接口根据不同应用而有不同形式。如RocketIO既可用于Aurora光纤通信协议，也可用于PCI Express协议。而在Aurora协议中，RocketIO与光纤接口相连，在PCI Express协议中，RocketIO与PCIE接口相连。

　　结语

　　综上所述，RocketIO通过提供高速的串并转换、时钟与复位管理、线路编解码等功能，为实现高速的串行数据传输提供了良好的物理层基础。RocketIO对多种高速传输协议的支持使得其在嵌入式系统中得到了广泛的应用，也使得用户在选择使用成熟的IP核之外，可以根据实际需要利用RocketIO开发专用模块，实现高效、稳定的数据传输。