Dostęp do szybkich urządzeń peryferyjnych za pomocą mostka USB do PCIe

Utworzono: maj 16, 2022
Zaktualizowano: czerwiec 25, 2023

PCIe w urządzeniu pozostaje na stałe, i nie musisz polegać na złączach krawędziowych z dużymi kartami, aby uzyskać dostęp do peryferiów. Urządzenia, które normalnie komunikowałyby się przez PCI/PCIe, musiałyby łączyć się z drogim kontrolerem hosta, takim jak skomplikowany FPGA lub MPU, co ogranicza te aplikacje do systemów komputerowych. Teraz, dzięki bogactwu dostępnych na rynku komponentów procesorów wbudowanych, projektanci mogą uzyskać dostęp do PCIe bez kupowania drogich FPGA czy MPU.

Komputer z mostkiem USB do PCIe to doskonały wybór do uzyskiwania dostępu do peryferiów PCIe przez USB, używając uproszczonego MCU lub SoC. Podczas gdy zwykle musiałbyś zapłacić wysoką cenę, aby uzyskać zintegrowany interfejs PCIe z wieloma liniami w twoim kontrolerze hosta, tańszy MCU z kontrolerem mostka USB do PCIe zapewnia dostęp do peryferiów PCIe ~Gbps przez znajomy interfejs USB 2.0 lub wyższy. Czytaj dalej, aby zobaczyć, jak te urządzenia wpisują się w krajobraz wbudowany.

Wartość układów mostka interfejsu

Układy mostka interfejsu działają na dość prostej zasadzie: pobierają dane z jednego szybkiego cyfrowego interfejsu jako wejście i konwertują je na format sygnału innego szybkiego cyfrowego interfejsu na wyjściu. Na rynku dostępna jest gama tych komponentów, które są zaprojektowane do zapewnienia interfejsu między wieloma szybkimi protokołami. Linia produktów LAN firmy Microchip jest jednym z przykładów na mostkowanie do Ethernetu; niektóre przykładowe produkty to LAN7430 mostek PCIe do Gigabit Ethernet oraz LAN7800 mostek USB do Ethernet.

Dla peryferiów komputerowych lub innych szybkich komponentów, mostek USB do PCIe działa w zasadzie jak kontroler SerDes. Te komponenty mogą przekształcać dane równoległe z wielu linii PCIe na dane szeregowe przez USB 2.0 lub wyższy. W ten sposób szybkość transmisji danych będzie minimalna z tych, które zapewnia interfejs PCIe lub interfejs USB. Zwróć uwagę na generację PCIe, która jest obsługiwana przez komponenty mostka; większość układów mostka obsługuje Gen2.

Niektóre komponenty mostka USB do PCIe

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

PI7C9X442SLBFDE od Diodes Incorporated zapewnia interfejs między do 3 linii PCIe a czterema interfejsami kontrolera USB 2.0. Porty USB na urządzeniu mogą obsługiwać wszystkie dostępne prędkości, w tym High-Speed (HS), Full-Speed (FS) i Low-Speed (LS) zgodnie ze specyfikacją USB 2.0. Routing jest zapewniony przez zintegrowany przełącznik między łączem PCIe a zintegrowanymi interfejsami USB w obudowie 126-pinowej.

Broadcom USB 3380

Mostek USB 3380 USB do PCIe firmy Broadcom zapewnia łączność między pojedynczym pasmem PCIe Gen 2 a USB 3.0. Umożliwia to uproszczonemu FPGA lub zaawansowanemu SoC bez PCIe dostęp do pasa PCIe z prędkością 5 GT/s. Przykładowe zastosowania to SSD dla systemów wbudowanych, dostęp do SoM oraz bezpośredni interfejs z kontrolerami sieci o wysokiej prędkości bez użycia standardowego złącza krawędziowego.

MCU, MPU czy FPGA?

FPGA to kolejna opcja procesora, którą projektanci mogą wykorzystać do dostępu do szybkich peryferiów przez PCIe lub inne interfejsy. FPGA zwykle zawierają więcej interfejsów do szybkich obliczeń i sieci (PCIe, DDR, Ethernet itp.) niż typowe MCU. To samo dotyczy MPU, takich jak linia MPU Sitara od TI. Nawet jeśli tani FPGA nie zawiera PCIe, komponent wyższej klasy prawdopodobnie zawiera interfejs USB lub będzie współpracować z szybkim interfejsem USB, więc nadal możesz uzyskać dostęp do PCIe za pomocą układu mostka IC.

MCU z USB

Jeśli nie jesteś programistą FPGA i nadal chcesz uzyskać dostęp do peryferiów PCIe za pomocą taniego MCU, MPU lub SoC opartego na MCU, nowsze komponenty dadzą ci opcje, które obejmują interfejs USB 2.0 o wysokiej prędkości. Główni producenci układów scalonych stopniowo rozszerzają swoje linie produktów MCU/MPU o wsparcie dla USB 2.0, i prawdopodobnie znajdziesz dodatkowy komponent, który będzie współpracować z układem mostka USB do PCIe i zapewni dostęp do szybkich peryferiów. Nie będziesz działać z prędkością do 32 GT/s na PCIe Gen 5, ale uzyskasz dostęp do prędkości danych ~Gbps z ważnymi peryferiami w kompaktowym pakiecie.

MCU są również nieco łatwiejsze do obsługi z perspektywy programowania; znam wielu programistów firmware, którzy pracują z różnymi MCU, ale nie tak wielu programistów FPGA. Oba typy komponentów od głównych producentów mają dużo wsparcia programistycznego z SDK, IDE i przykładowymi projektami, więc łatwo jest zacząć rozwijać swój nowy system. Przykładem jest linia MCU PIC32 SAM USB firmy Microchip, która zawiera interfejs USB 2.0 działający z pełną prędkością. Zapewnia to szybkość transferu danych, która jest znacznie szybsza niż jakikolwiek inny niskoszybki interfejs cyfrowy, który znajdziesz w typowym MCU, a także dodatkowe interfejsy takie jak CAN i Ethernet 10/100.

Bardziej specjalistyczne MCU z USB 3.0

Niektóre bardziej specjalistyczne produkty MCU, takie jak dla huba USB, będą zawierać zintegrowany interfejs USB 3.0 z zintegrowanym taktowaniem dla wysokich prędkości transferu danych zgodnie ze standardem 3.0. Teoretycznie mogą one współpracować z mostkiem USB 3.0 do PCIe, przy czym konkretnym zastosowaniem jest dostęp do jednego lub większej liczby urządzeń PCIe za pośrednictwem USB w przypadku, gdy komponenty lub urządzenia peryferyjne w dół strumienia po prostu nie są dostępne z interfejsem USB. Świetnym przykładem jest seria kontrolerów huba USB 3.0 CYUSB3xxx od Cypress Semiconductor, która łączy się z kontrolerem hosta za pośrednictwem I2C i zapewnia dostęp do 4 urządzeń w dół strumienia.

Inne części do systemów wbudowanych z mostkami IC USB do PCIe

Urządzenia PCIe stają się coraz ważniejsze dla aplikacji wymagających intensywnych obliczeń, takich jak robotyka i AI na urządzeniu, ale będą potrzebować wielu innych komponentów do prawidłowego działania. Niektóre inne niezbędne komponenty potrzebne do obsługi szybkich systemów cyfrowych z PCIe to:

Kiedy potrzebujesz znaleźć mostek USB do PCIe i inne wspierające komponenty dla twoich urządzeń wbudowanych, użyj kompletnego zestawu zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, będziesz miał dostęp do aktualizowanych danych o cenach dystrybutorów, zapasach części i specyfikacjach części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zajrzyj na naszą stronę z układami scalonymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Zostań na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.