Acceda a periféricos de alta velocidad con un puente de USB a PCIe

Creado: Mayo 16, 2022
Actualizado: Junio 25, 2023

PCIe en el dispositivo ha llegado para quedarse, y no necesitas depender de conectores de borde con tarjetas grandes para acceder a periféricos. Los dispositivos que normalmente se comunicarían a través de PCI/PCIe necesitarían interfaz con un controlador anfitrión costoso como un FPGA o MPU complejo, lo que limita estas aplicaciones a sistemas informáticos. Ahora, con la riqueza de componentes de procesador embebido disponibles en el mercado, los diseñadores pueden acceder a PCIe sin comprar FPGAs o MPUs costosos.

Un ordenador puente de USB a PCIe es una excelente opción para acceder a periféricos PCIe a través de USB utilizando un MCU o SoC simplificado. Mientras que normalmente podrías necesitar pagar un precio alto para obtener una interfaz PCIe de múltiples carriles integrada en tu controlador anfitrión, un MCU más barato con un controlador puente de USB a PCIe da acceso a periféricos PCIe de ~Gbps sobre una interfaz USB 2.0 o superior familiar. Sigue leyendo para ver cómo estos dispositivos encajan en el panorama embebido.

El Valor de los ICs Puente de Interfaz

Los ICs puente de interfaz operan bajo una idea bastante simple: tomar datos de una interfaz digital de alta velocidad como entrada y convertirlos al formato de señal de una interfaz digital de alta velocidad diferente en la salida. Hay una gama de estos componentes en el mercado que están diseñados para proporcionar una interfaz entre múltiples protocolos de alta velocidad. La línea de productos LAN de Microchip es un ejemplo para el puente a Ethernet; algunos productos de ejemplo son el puente LAN7430 PCIe a Gigabit Ethernet, y el puente LAN7800 USB a Ethernet.

Para periféricos de computadora u otros componentes de alta velocidad, un puente de USB a PCIe básicamente opera como un controlador SerDes. Estos componentes pueden traducir datos paralelos de múltiples carriles PCIe en datos seriales sobre USB 2.0 o superior. De esta manera, la tasa de datos será el mínimo de lo proporcionado por la interfaz PCIe o la interfaz USB. Asegúrate de prestar atención a la generación de PCIe que es soportada por los componentes del puente; la mayoría de los ICs puente soportan Gen2.

Algunos Componentes de Puente de USB a PCIe

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

El PI7C9X442SLBFDE de Diodes Incorporated proporciona una interfaz entre hasta 3 carriles PCIe y cuatro interfaces de controlador USB 2.0. Los puertos USB en el dispositivo pueden soportar todas las velocidades disponibles, incluyendo Alta Velocidad (HS), Velocidad Completa (FS) y Baja Velocidad (LS) bajo la especificación USB 2.0. Un interruptor integrado proporciona el enrutamiento entre el enlace PCIe y las interfaces USB integradas en un paquete de 126 pines.

Broadcom USB 3380

El puente USB 3380 USB a PCIe de Broadcom proporciona conectividad entre una única línea PCIe Gen 2 y USB 3.0. Esto permite que un FPGA simplificado o un SoC de gama alta sin PCIe accedan a una línea PCIe a 5 GT/s. Algunas aplicaciones de ejemplo son SSDs para sistemas embebidos, acceso a SoMs e interfaz directa con controladores de red de alta velocidad sin utilizar un conector de borde estándar.

¿MCU, MPU o FPGA?

Un FPGA es otra opción de procesador que los diseñadores pueden usar para acceder a periféricos de alta velocidad a través de PCIe u otras interfaces. Los FPGAs tienden a incluir más interfaces de computación y red de alta velocidad (PCIe, DDR, Ethernet, etc.) que un MCU típico. Lo mismo ocurre con los MPUs, como la línea de MPUs Sitara de TI. Incluso si un FPGA de bajo costo no incluye PCIe, un componente de gama alta probablemente incluye una interfaz USB o se interconectará con una interfaz USB de alta velocidad, por lo que aún puedes acceder a PCIe con un IC puente.

MCUs con USB

Si no eres un desarrollador de FPGA y aún quieres acceder a periféricos PCIe con un MCU, MPU o SoC basado en MCU de bajo costo, los componentes más nuevos te darán opciones que incluyen una interfaz USB 2.0 de alta velocidad. Los principales fabricantes de IC han expandido gradualmente sus líneas de productos MCU/MPU para soportar USB 2.0, y es probable que puedas encontrar un componente adicional que se interconecte con un IC puente de USB a PCIe y te dé acceso a periféricos de alta velocidad. No estarás operando hasta 32 GT/s en PCIe Gen 5, pero tendrás acceso a tasas de datos de ~Gbps con periféricos importantes en un paquete compacto.

Los MCUs también son un poco más fáciles de manejar desde una perspectiva de programación; conozco a muchos desarrolladores de firmware que trabajan con una gama de MCUs pero no tantos desarrolladores de FPGA. Ambos tipos de componentes de los principales fabricantes tienen mucho soporte de programación con SDKs, un IDE y proyectos de ejemplo, así que es fácil comenzar a desarrollar para tu nuevo sistema. Un ejemplo es la línea de MCUs PIC32 SAM USB de Microchip, que incluyen una interfaz USB 2.0 funcionando a velocidad completa. Esto da una tasa de transferencia de datos mucho más rápida que cualquier otra interfaz digital de baja velocidad que encontrarás en un MCU típico, así como interfaces adicionales como CAN y Ethernet 10/100.

MCUs más especializados con USB 3.0

Algunos productos MCU más especializados, como para un hub USB, incluirán una interfaz USB 3.0 integrada con sincronización integrada para tasas de transferencia de datos altas bajo el estándar 3.0. Estos pueden teóricamente interfazarse con un puente USB 3.0 a PCIe, siendo el uso específico acceder a uno o más dispositivos PCIe vía USB en el evento de que los componentes o periféricos de aguas abajo simplemente no estén disponibles con una interfaz USB. Un gran ejemplo es la serie CYUSB3xxx de controladores de hub USB 3.0 MCU de Cypress Semiconductor, que se interfazan con un controlador anfitrión vía I2C y proporcionan acceso a 4 dispositivos de aguas abajo.

Otras Partes para Sistemas Embebidos con Puentes IC de USB a PCIe

Los dispositivos PCIe están volviéndose más importantes para aplicaciones intensivas en cómputo como la robótica y la IA en dispositivo, pero necesitarán un conjunto de otros componentes para operar adecuadamente. Algunos otros componentes esenciales necesarios para soportar sistemas digitales de alta velocidad con PCIe incluyen:

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