Доступ к периферийным устройствам высокой скорости через мост USB к PCIe

Создано: 16 Мая, 2022
Обновлено: 25 Июня, 2023

PCIe на устройстве остается актуальным, и вам не нужно полагаться на краевые разъемы с большими картами для доступа к периферийным устройствам. Устройства, которые обычно общаются через PCI/PCIe, должны взаимодействовать с дорогими хост-контроллерами, такими как сложные FPGA или MPU, что ограничивает эти приложения компьютерными системами. Теперь, благодаря богатому ассортименту компонентов встроенных процессоров на рынке, разработчики могут получить доступ к PCIe без покупки дорогих FPGA или MPU.

Компьютер с мостом USB к PCIe является отличным выбором для доступа к периферийным устройствам PCIe через USB с использованием упрощенного MCU или SoC. Хотя обычно вам может потребоваться заплатить высокую цену за интеграцию многополосного интерфейса PCIe в ваш хост-контроллер, более дешевый MCU с контроллером моста USB к PCIe предоставляет доступ к периферийным устройствам PCIe со скоростью ~Gbps через знакомый интерфейс USB 2.0 или выше. Продолжайте читать, чтобы узнать, как эти устройства вписываются во встроенный ландшафт.

Ценность микросхем мостов интерфейсов

Микросхемы мостов интерфейсов работают по довольно простой идее: принимают данные с одного высокоскоростного цифрового интерфейса в качестве входа и преобразуют их в формат сигнала другого высокоскоростного цифрового интерфейса на выходе. На рынке представлен ряд этих компонентов, которые предназначены для обеспечения интерфейса между несколькими высокоскоростными протоколами. Продуктовая линейка LAN от Microchip - это один из примеров для перехода на Ethernet; некоторые примеры продуктов - это мост LAN7430 PCIe к Gigabit Ethernet и мост LAN7800 USB к Ethernet.

Для периферийных устройств компьютера или других высокоскоростных компонентов мост USB к PCIe в основном работает как контроллер SerDes. Эти компоненты могут преобразовывать параллельные данные с нескольких полос PCIe в последовательные данные через USB 2.0 или выше. Таким образом, скорость передачи данных будет минимальной из предоставляемых интерфейсом PCIe или интерфейсом USB. Обязательно обратите внимание на поколение PCIe, поддерживаемое компонентами моста; большинство микросхем моста поддерживают Gen2.

Некоторые компоненты моста USB к PCIe

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

PI7C9X442SLBFDE от Diodes Incorporated обеспечивает интерфейс между до 3 полосами PCIe и четырьмя интерфейсами контроллера USB 2.0. USB-порты на устройстве поддерживают все доступные скорости, включая High-Speed (HS), Full-Speed (FS) и Low-Speed (LS) в соответствии со спецификацией USB 2.0. Маршрутизация обеспечивается интегрированным переключателем между связью PCIe и интегрированными интерфейсами USB в 126-контактном корпусе.

Broadcom USB 3380

Мост USB 3380 USB в PCIe от Broadcom обеспечивает связь между одним каналом PCIe Gen 2 и USB 3.0. Это позволяет упрощенному FPGA или более мощному SoC без PCIe получить доступ к каналу PCIe со скоростью 5 GT/s. Некоторые примеры применения - SSD для встроенных систем, доступ к SoM и прямой интерфейс с высокоскоростными сетевыми контроллерами без использования стандартного краевого разъема.

MCU, MPU или FPGA?

FPGA - еще один вариант процессора, который разработчики могут использовать для доступа к высокоскоростным периферийным устройствам через PCIe или другие интерфейсы. FPGA, как правило, включают в себя больше интерфейсов высокоскоростных вычислений и сетевых интерфейсов (PCIe, DDR, Ethernet и т. д.), чем типичный MCU. То же самое касается и MPU, таких как линейка MPU Sitara от TI. Даже если недорогой FPGA не включает PCIe, компонент более высокого класса, вероятно, включает интерфейс USB или будет работать с высокоскоростным интерфейсом USB, так что вы все равно сможете получить доступ к PCIe через мостовой ИС.

MCU с USB

Если вы не разработчик FPGA и все же хотите получить доступ к периферийным устройствам PCIe с помощью недорогого MCU, MPU или SoC на основе MCU, новые компоненты предоставят вам варианты, которые включают интерфейс высокоскоростного USB 2.0. Крупные производители ИС постепенно расширяют свои линейки продуктов MCU/MPU для поддержки USB 2.0, и вы, вероятно, сможете найти дополнительный компонент, который будет работать с мостовым ИС USB в PCIe и даст вам доступ к высокоскоростным периферийным устройствам. Вы не будете работать со скоростью до 32 GT/s на PCIe Gen 5, но у вас будет доступ к скоростям передачи данных ~Gbps с важными периферийными устройствами в компактном пакете.

MCU также немного проще в обращении с точки зрения программирования; я знаю многих разработчиков прошивок, которые работают с рядом MCU, но не так много разработчиков FPGA. Оба типа компонентов от крупных производителей имеют обширную поддержку программирования с SDK, IDE и примерами проектов, так что начать разработку для вашей новой системы легко. Один из примеров - линия MCU PIC32 SAM USB от Microchip, которые включают интерфейс USB 2.0, работающий на полной скорости. Это обеспечивает скорость передачи данных, которая намного выше, чем любой другой медленный цифровой интерфейс, который вы найдете в типичном MCU, а также дополнительные интерфейсы, такие как CAN и Ethernet 10/100.

Более специализированные MCU с USB 3.0

Некоторые более специализированные продукты MCU, такие как для USB-хаба, будут включать в себя интегрированный интерфейс USB 3.0 с интегрированным тактированием для высоких скоростей передачи данных по стандарту 3.0. Теоретически они могут взаимодействовать с мостом USB 3.0 к PCIe, при этом конкретное использование заключается в доступе к одному или нескольким устройствам PCIe через USB в случае, если компоненты или периферийные устройства ниже по потоку просто недоступны с интерфейсом USB. Отличным примером является серия контроллеров USB 3.0 хаба CYUSB3xxx от Cypress Semiconductor, которая взаимодействует с контроллером хоста через I2C и обеспечивает доступ к 4 устройствам ниже по потоку.

Другие компоненты для встраиваемых систем с микросхемами моста USB к PCIe

Устройства PCIe становятся все более важными для вычислительно-интенсивных приложений, таких как робототехника и AI на устройстве, но для их нормальной работы потребуется множество других компонентов. Некоторые другие необходимые компоненты для поддержки высокоскоростных цифровых систем с PCIe включают:

Когда вам нужно найти мост USB к PCIe и другие поддерживающие компоненты для ваших встраиваемых устройств, используйте полный набор продвинутых функций поиска и фильтрации на Octopart. Используя поисковую систему электроники Octopart, вы получите доступ к актуальным данным о ценах дистрибьюторов, инвентаризации компонентов и спецификациям деталей, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти необходимые вам компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.