Acesse Periféricos de Alta Velocidade com uma Ponte USB para PCIe

Criada: Maio 16, 2022
Atualizada: Junho 25, 2023

O PCIe no dispositivo veio para ficar, e você não precisa depender de conectores de borda com cartões grandes para acessar periféricos. Dispositivos que normalmente se comunicariam via PCI/PCIe precisariam interagir com um controlador host caro como um FPGA complexo ou MPU, o que limita essas aplicações a sistemas de computadores. Agora, com a riqueza de componentes de processador embutido disponíveis no mercado, os designers podem acessar PCIe sem comprar FPGAs ou MPUs caros.

Um computador com ponte de USB para PCIe é uma excelente escolha para acessar periféricos PCIe via USB usando um MCU ou SoC mais simples. Enquanto normalmente você precisaria pagar um preço alto para obter uma interface PCIe de várias vias integrada ao seu controlador host, um MCU mais barato com um controlador de ponte USB para PCIe dá acesso a periféricos PCIe de ~Gbps por uma interface USB 2.0 ou superior familiar. Continue lendo para ver como esses dispositivos se encaixam na paisagem embutida.

O Valor dos ICs de Ponte de Interface

Os ICs de ponte de interface operam sob uma ideia bastante simples: pegar dados de uma interface digital de alta velocidade como entrada e convertê-los para o formato de sinal de uma interface digital de alta velocidade diferente na saída. Há uma gama desses componentes no mercado que são projetados para fornecer uma interface entre múltiplos protocolos de alta velocidade. A linha de produtos LAN da Microchip é um exemplo para ponte para Ethernet; alguns produtos de exemplo são o LAN7430 PCIe para ponte Ethernet Gigabit, e o LAN7800 USB para ponte Ethernet.

Para periféricos de computador ou outros componentes de alta velocidade, uma ponte de USB para PCIe opera basicamente como um controlador SerDes. Esses componentes podem traduzir dados paralelos de várias vias PCIe em dados seriais por USB 2.0 ou superior. Desta forma, a taxa de dados será o mínimo entre o fornecido pela interface PCIe ou a interface USB. Certifique-se de prestar atenção à geração PCIe que é suportada pelos componentes da ponte; a maioria dos ICs de ponte suporta Gen2.

Alguns Componentes de Ponte de USB para PCIe

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

O PI7C9X442SLBFDE da Diodes Incorporated fornece uma interface entre até 3 vias PCIe e quatro interfaces de controlador USB 2.0. As portas USB no dispositivo podem suportar todas as velocidades disponíveis, incluindo Alta Velocidade (HS), Velocidade Total (FS) e Baixa Velocidade (LS) sob a especificação USB 2.0. O roteamento é fornecido por um switch integrado entre o link PCIe e as interfaces USB integradas em um pacote de 126 pinos.

Broadcom USB 3380

A ponte USB 3380 USB para PCIe da Broadcom proporciona conectividade entre uma única via PCIe Gen 2 e USB 3.0. Isso permite que um FPGA simplificado ou um SoC de alta gama sem PCIe acesse uma via PCIe a 5 GT/s. Alguns exemplos de aplicações são SSDs para sistemas embutidos, acesso a SoMs e interface direta com controladores de rede de alta velocidade sem usar um conector de borda padrão.

MCU, MPU ou FPGA?

Um FPGA é outra opção de processador que os projetistas podem usar para acessar periféricos de alta velocidade via PCIe ou outras interfaces. FPGAs tendem a incluir mais interfaces de computação e rede de alta velocidade (PCIe, DDR, Ethernet, etc.) do que um MCU típico. O mesmo vale para MPUs, como a linha Sitara de MPUs da TI. Mesmo que um FPGA de baixo custo não inclua PCIe, um componente de alta gama provavelmente inclui uma interface USB ou se conectará a uma interface USB de alta velocidade, então você ainda pode acessar PCIe com um IC de ponte.

MCUs com USB

Se você não é um desenvolvedor de FPGA e ainda quer acessar periféricos PCIe com um MCU, MPU ou SoC baseado em MCU de baixo custo, componentes mais novos oferecerão opções que incluem uma interface USB 2.0 de alta velocidade. Grandes fabricantes de IC têm expandido gradualmente suas linhas de produtos MCU/MPU para suportar USB 2.0, e você provavelmente encontrará um componente adicional que se interfaceará com um IC de ponte USB para PCIe e lhe dará acesso a periféricos de alta velocidade. Você não estará operando até 32 GT/s na PCIe Gen 5, mas terá acesso a taxas de dados de ~Gbps com periféricos importantes em um pacote compacto.

MCUs também são um pouco mais fáceis de lidar do ponto de vista da programação; conheço muitos desenvolvedores de firmware que trabalham com uma gama de MCUs, mas não tantos desenvolvedores de FPGA. Ambos os tipos de componentes de grandes fabricantes têm bastante suporte de programação com SDKs, uma IDE e projetos de exemplo, então é fácil começar a desenvolver para seu novo sistema. Um exemplo é a linha PIC32 SAM USB de MCUs da Microchip, que inclui uma interface USB 2.0 operando em velocidade total. Isso oferece uma taxa de transferência de dados muito mais rápida do que qualquer outra interface digital de baixa velocidade que você encontrará em um MCU típico, além de interfaces adicionais como CAN e Ethernet 10/100.

MCUs Especializados com USB 3.0

Alguns produtos MCU mais especializados, como para um hub USB, incluirão uma interface USB 3.0 integrada com sincronização integrada para altas taxas de transferência de dados sob o padrão 3.0. Teoricamente, eles podem se conectar a uma ponte USB 3.0 para PCIe, sendo o uso específico acessar um ou mais dispositivos PCIe via USB no caso de os componentes ou periféricos downstream simplesmente não estarem disponíveis com uma interface USB. Um ótimo exemplo é a série CYUSB3xxx de controladores de hub USB 3.0 da Cypress Semiconductor, que se conecta a um controlador host via I2C e proporciona acesso a 4 dispositivos downstream.

Outras Peças para Sistemas Embarcados com ICs de Ponte USB para PCIe

Os dispositivos PCIe estão se tornando mais importantes para aplicações intensivas em computação, como robótica e IA embarcada, mas eles precisarão de uma série de outros componentes para operar adequadamente. Alguns outros componentes essenciais necessários para suportar sistemas digitais de alta velocidade com PCIe incluem:

Quando você precisar encontrar uma ponte USB para PCIe e outros componentes de suporte para seus dispositivos embarcados, use o conjunto completo de recursos avançados de busca e filtragem no Octopart. Ao usar o motor de busca de eletrônicos do Octopart, você terá acesso a dados atualizados de preços de distribuidores, inventário de peças e especificações de peças, e tudo isso é acessível de forma gratuita em uma interface amigável. Confira nossa página de circuitos integrados para encontrar os componentes de que você precisa.

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