Truy cập các thiết bị ngoại vi tốc độ cao với cầu nối USB sang PCIe

Created: Tháng Năm 16, 2022
Updated: Tháng Sáu 25, 2023

PCIe trên thiết bị sẽ còn tồn tại lâu dài, và bạn không cần phải dựa vào các kết nối cạnh với các thẻ lớn để truy cập các thiết bị ngoại vi. Các thiết bị thường giao tiếp qua PCI/PCIe sẽ cần giao diện với một bộ điều khiển chủ đắt tiền như FPGA hoặc MPU phức tạp, điều này hạn chế các ứng dụng này cho các hệ thống máy tính. Bây giờ với sự phong phú của các thành phần bộ xử lý nhúng có sẵn trên thị trường, nhà thiết kế có thể truy cập PCIe mà không cần mua FPGA hoặc MPU đắt tiền.

Một máy tính cầu nối USB sang PCIe là một lựa chọn xuất sắc để truy cập các thiết bị ngoại vi PCIe qua USB sử dụng một MCU hoặc SoC gọn nhẹ. Trong khi bạn có thể cần phải trả một giá cao để có được một giao diện PCIe nhiều làn tích hợp vào bộ điều khiển chủ của mình, một MCU rẻ hơn với bộ điều khiển cầu nối USB sang PCIe cung cấp quyền truy cập vào các thiết bị ngoại vi PCIe ~Gbps qua giao diện USB 2.0 hoặc cao hơn quen thuộc. Hãy tiếp tục đọc để xem các thiết bị này phù hợp như thế nào trong bối cảnh nhúng.

Giá trị của IC cầu nối giao diện

IC cầu nối giao diện hoạt động dựa trên một ý tưởng khá đơn giản: lấy dữ liệu từ một giao diện số tốc độ cao làm đầu vào, và chuyển đổi nó thành định dạng tín hiệu của một giao diện số tốc độ cao khác tại đầu ra. Có một loạt các thành phần trên thị trường được thiết kế để cung cấp giao diện giữa nhiều giao thức tốc độ cao. Dòng sản phẩm LAN của Microchip là một ví dụ về việc cầu nối sang Ethernet; một số sản phẩm ví dụ là LAN7430 cầu nối PCIe sang Gigabit Ethernet, và LAN7800 cầu nối USB sang Ethernet.

Đối với các thiết bị ngoại vi máy tính hoặc các thành phần tốc độ cao khác, một cầu nối USB sang PCIe cơ bản hoạt động như một bộ điều khiển SerDes. Các thành phần này có thể chuyển đổi dữ liệu song song từ nhiều làn PCIe thành dữ liệu nối tiếp qua USB 2.0 hoặc cao hơn. Theo cách này, tốc độ dữ liệu sẽ là tốc độ thấp nhất được cung cấp bởi giao diện PCIe hoặc giao diện USB. Hãy chắc chắn chú ý đến thế hệ PCIe được hỗ trợ bởi các thành phần cầu nối; hầu hết các IC cầu nối hỗ trợ Gen2.

Một số thành phần cầu nối USB sang PCIe

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

PI7C9X442SLBFDE từ Diodes Incorporated cung cấp một giao diện giữa tối đa 3 làn PCIe và bốn giao diện điều khiển USB 2.0. Các cổng USB trên thiết bị có thể hỗ trợ tất cả các tốc độ có sẵn, bao gồm Tốc độ Cao (HS), Tốc độ Đầy đủ (FS), và Tốc độ Thấp (LS) theo quy định USB 2.0. Định tuyến được cung cấp bởi một công tắc tích hợp giữa liên kết PCIe và các giao diện USB tích hợp trong một gói 126 chân.

Broadcom USB 3380

Cầu USB 3380 từ USB sang PCIe của Broadcom cung cấp khả năng kết nối giữa một làn PCIe Gen 2 đơn và USB 3.0. Điều này cho phép một FPGA được cắt giảm hoặc SoC cao cấp hơn không có PCIe truy cập vào một làn PCIe với tốc độ 5 GT/s. Một số ứng dụng ví dụ là SSD cho hệ thống nhúng, truy cập vào SoMs, và giao diện trực tiếp với bộ điều khiển mạng tốc độ cao mà không sử dụng kết nối cạnh tiêu chuẩn.

MCU, MPU, hay FPGA?

FPGA là một lựa chọn bộ xử lý khác mà các nhà thiết kế có thể sử dụng để truy cập vào các thiết bị ngoại vi tốc độ cao qua PCIe hoặc các giao diện khác. FPGA thường bao gồm nhiều giao diện tính toán và mạng tốc độ cao hơn (PCIe, DDR, Ethernet, v.v.) so với MCU thông thường. Điều tương tự cũng áp dụng cho MPU, như dòng MPU Sitara của TI. Ngay cả khi một FPGA giá rẻ không bao gồm PCIe, một thành phần cao cấp hơn có thể bao gồm một giao diện USB hoặc sẽ giao tiếp với một giao diện USB tốc độ cao, vì vậy bạn vẫn có thể truy cập PCIe với một IC cầu.

MCU với USB

Nếu bạn không phải là một nhà phát triển FPGA và bạn vẫn muốn truy cập vào các thiết bị ngoại vi PCIe với một MCU, MPU, hoặc SoC dựa trên MCU giá rẻ, các thành phần mới hơn sẽ cung cấp cho bạn các lựa chọn bao gồm một giao diện USB 2.0 tốc độ cao. Các nhà sản xuất IC lớn đã dần mở rộng dòng sản phẩm MCU/MPU của họ để hỗ trợ USB 2.0, và bạn có thể tìm thấy một thành phần bổ sung sẽ giao tiếp với một IC cầu từ USB sang PCIe và cung cấp cho bạn khả năng truy cập vào các thiết bị ngoại vi tốc độ cao. Bạn sẽ không chạy lên đến 32 GT/s tại PCIe Gen 5, nhưng bạn sẽ có khả năng truy cập vào các tốc độ dữ liệu ~Gbps với các thiết bị ngoại vi quan trọng trong một gói nhỏ gọn.

MCU cũng dễ dàng hơn để xử lý từ góc độ lập trình; Tôi biết nhiều nhà phát triển firmware làm việc với nhiều loại MCU nhưng không nhiều nhà phát triển FPGA. Cả hai loại thành phần từ các nhà sản xuất lớn đều có nhiều hỗ trợ lập trình với SDK, một IDE, và các dự án mẫu, vì vậy dễ dàng bắt đầu phát triển cho hệ thống mới của bạn. Một ví dụ là dòng MCU PIC32 SAM USB của Microchip, bao gồm một giao diện USB 2.0 hoạt động ở tốc độ đầy đủ. Điều này cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn nhiều so với bất kỳ giao diện kỹ thuật số tốc độ thấp nào khác bạn sẽ tìm thấy trong một MCU thông thường, cũng như các giao diện bổ sung như CAN và Ethernet 10/100.

MCU chuyên biệt hơn với USB 3.0

Một số sản phẩm MCU chuyên biệt hơn, như cho một trung tâm USB, sẽ bao gồm một giao diện USB 3.0 tích hợp với đồng hồ tích hợp cho tốc độ truyền dữ liệu cao theo tiêu chuẩn 3.0. Chúng có thể lý thuyết kết nối với một cầu USB 3.0 sang PCIe, với mục đích sử dụng cụ thể là truy cập một hoặc nhiều thiết bị PCIe qua USB trong trường hợp các thành phần hoặc thiết bị ngoại vi phía dưới không có sẵn với giao diện USB. Một ví dụ tuyệt vời là dòng CYUSB3xxx của bộ điều khiển trung tâm USB 3.0 từ Cypress Semiconductor, kết nối với bộ điều khiển chủ qua I2C và cung cấp quyền truy cập vào 4 thiết bị phía dưới.

Các Bộ Phận Khác cho Hệ Thống Nhúng với IC Cầu USB sang PCIe

Các thiết bị PCIe đang trở nên quan trọng hơn cho các ứng dụng cần nhiều tính toán như robot và AI trên thiết bị, nhưng chúng sẽ cần một loạt các thành phần khác để hoạt động đúng cách. Một số thành phần thiết yếu khác cần thiết để hỗ trợ hệ thống số tốc độ cao với PCIe bao gồm:

Khi bạn cần tìm một cầu USB sang PCIe và các thành phần hỗ trợ khác cho thiết bị nhúng của mình, sử dụng bộ đầy đủ các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào dữ liệu giá của nhà phân phối được cập nhật, hàng tồn kho, và thông số kỹ thuật của bộ phận, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.