Accédez aux périphériques à haute vitesse avec un pont USB vers PCIe

Créé: Mai 16, 2022
Mise à jour: Juin 25, 2023

Le PCIe sur l'appareil est là pour rester, et vous n'avez pas besoin de compter sur des connecteurs de bord avec de grandes cartes pour accéder aux périphériques. Les dispositifs qui communiqueraient normalement via PCI/PCIe auraient besoin d'interfacer avec un contrôleur hôte coûteux comme un FPGA complexe ou un MPU, ce qui limite ces applications aux systèmes informatiques. Maintenant, avec la richesse des composants de processeur embarqués disponibles sur le marché, les concepteurs peuvent accéder au PCIe sans acheter des FPGA ou des MPU coûteux.

Un ordinateur pont USB vers PCIe est un excellent choix pour accéder aux périphériques PCIe via USB en utilisant un MCU ou SoC simplifié. Alors que vous auriez normalement besoin de payer un prix élevé pour obtenir une interface PCIe multi-voies intégrée dans votre contrôleur hôte, un MCU moins cher avec un contrôleur pont USB vers PCIe donne accès à des périphériques PCIe ~Gbps sur une interface USB 2.0 ou supérieure familière. Continuez à lire pour voir comment ces dispositifs s'intègrent dans le paysage embarqué.

La valeur des circuits intégrés de pont d'interface

Les circuits intégrés de pont d'interface fonctionnent selon une idée plutôt simple : prendre des données d'une interface numérique haute vitesse en entrée, et les convertir au format de signal d'une interface numérique haute vitesse différente en sortie. Il existe une gamme de ces composants sur le marché qui sont conçus pour fournir une interface entre plusieurs protocoles haute vitesse. La ligne de produits LAN de Microchip est un exemple pour le pont vers Ethernet ; certains produits exemples sont le LAN7430 pont PCIe vers Gigabit Ethernet, et le LAN7800 pont USB vers Ethernet.

Pour les périphériques informatiques ou autres composants haute vitesse, un pont USB vers PCIe fonctionne essentiellement comme un contrôleur SerDes. Ces composants peuvent traduire des données parallèles de plusieurs voies PCIe en données sérielles sur USB 2.0 ou supérieur. De cette manière, le débit de données sera le minimum de celui fourni par l'interface PCIe ou l'interface USB. Assurez-vous de prêter attention à la génération PCIe qui est prise en charge par les composants du pont ; la plupart des circuits intégrés de pont supportent Gen2.

Quelques composants de pont USB vers PCIe

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

Le PI7C9X442SLBFDE de Diodes Incorporated fournit une interface entre jusqu'à 3 voies PCIe et quatre interfaces de contrôleur USB 2.0. Les ports USB sur le dispositif peuvent supporter toutes les vitesses disponibles, y compris High-Speed (HS), Full-Speed (FS) et Low-Speed (LS) sous la spécification USB 2.0. Un commutateur intégré est fourni pour le routage entre le lien PCIe et les interfaces USB intégrées dans un boîtier de 126 broches.

Broadcom USB 3380

Le pont USB 3380 USB vers PCIe de Broadcom assure la connectivité entre une seule voie PCIe Gen 2 et l'USB 3.0. Cela permet à un FPGA simplifié ou à un SoC haut de gamme sans PCIe d'accéder à une voie PCIe à 5 GT/s. Parmi les applications exemples, on trouve les SSD pour systèmes embarqués, l'accès aux SoMs et l'interface directe avec des contrôleurs de réseau à haute vitesse sans utiliser un connecteur standard.

MCU, MPU ou FPGA ?

Un FPGA est une autre option de processeur que les concepteurs peuvent utiliser pour accéder à des périphériques à haute vitesse via PCIe ou d'autres interfaces. Les FPGA ont tendance à inclure plus d'interfaces de calcul et de réseau à haute vitesse (PCIe, DDR, Ethernet, etc.) qu'un MCU typique. Il en va de même pour les MPU, comme la ligne de MPU Sitara de TI. Même si un FPGA à faible coût n'inclut pas de PCIe, un composant haut de gamme inclut probablement une interface USB ou se connectera à une interface USB à haute vitesse, vous permettant ainsi d'accéder au PCIe avec un CI pont.

MCU avec USB

Si vous n'êtes pas un développeur FPGA et que vous souhaitez toujours accéder aux périphériques PCIe avec un MCU, MPU ou SoC basé sur MCU à faible coût, les nouveaux composants vous donneront des options incluant une interface USB 2.0 à haute vitesse. Les principaux fabricants de CI ont progressivement élargi leurs gammes de produits MCU/MPU pour supporter l'USB 2.0, et vous pourrez probablement trouver un composant supplémentaire qui s'interface avec un CI pont USB vers PCIe et vous donne accès à des périphériques à haute vitesse. Vous n'atteindrez pas les 32 GT/s de PCIe Gen 5, mais vous aurez accès à des taux de données ~Gbps avec des périphériques importants dans un emballage compact.

Les MCU sont également un peu plus faciles à gérer d'un point de vue programmation ; je connais de nombreux développeurs de firmware qui travaillent avec une gamme de MCU mais pas autant de développeurs FPGA. Les deux types de composants des principaux fabricants disposent de beaucoup de support de programmation avec des SDK, un IDE et des projets d'exemple, donc facile de commencer à développer pour votre nouveau système. Un exemple est la ligne de MCU USB SAM PIC32 de Microchip, qui inclut une interface USB 2.0 fonctionnant à pleine vitesse. Cela offre un taux de transfert de données bien plus rapide que toute autre interface numérique à basse vitesse que vous trouverez dans un MCU typique, ainsi que des interfaces supplémentaires comme CAN et Ethernet 10/100.

MCU spécialisés supplémentaires avec USB 3.0

Certains produits MCU plus spécialisés, tels que pour un hub USB, incluront une interface USB 3.0 intégrée avec horloge intégrée pour des taux de transfert de données élevés sous la norme 3.0. Théoriquement, ils peuvent se connecter à un pont USB 3.0 vers PCIe, l'utilisation spécifique étant l'accès à un ou plusieurs dispositifs PCIe via USB dans l'événement où les composants ou périphériques en aval sont simplement indisponibles avec une interface USB. Un excellent exemple est la série CYUSB3xxx de contrôleurs de hub USB 3.0 MCUs de Cypress Semiconductor, qui se connecte à un contrôleur hôte via I2C et offre l'accès à 4 dispositifs en aval.

Autres composants pour systèmes embarqués avec des circuits intégrés de pont USB vers PCIe

Les dispositifs PCIe deviennent plus importants pour les applications gourmandes en calcul comme la robotique et l'IA sur dispositif, mais ils auront besoin d'un ensemble d'autres composants pour fonctionner correctement. Certains autres composants essentiels nécessaires pour soutenir les systèmes numériques à haute vitesse avec PCIe incluent :

Lorsque vous avez besoin de trouver un pont USB vers PCIe et d'autres composants de soutien pour vos dispositifs embarqués, utilisez l'ensemble complet de fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données de prix des distributeurs mises à jour, à l'inventaire des pièces, et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Consultez notre page de circuits intégrés pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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