18-Port, 48-Lane, 240Gbps, Gen2 RapidIO Switch——CPS - 1848 深度解析

在当今高速发展的电子科技领域，高性能、低延迟的数据交换设备至关重要。CPS - 1848 作为一款符合 RapidIO 规范的安全分组交换机，在众多应用场景中展现出卓越的性能。下面我们就来详细了解一下这款设备。

文件下载：80HCPS1848BRI.pdf

一、设备概述

CPS - 1848（80HCPS1848）是一款符合 RapidIO 规范（Rev. 2.1）的安全分组交换机，主要用于在 DSP、处理器、FPGA、其他交换机或任何基于 RapidIO 的设备之间路由和分发数据包，也可用于 RapidIO 背板交换。它支持从 18 个输入端口到 18 个输出端口的 Serial RapidIO（S - RIO）分组交换，包括单播、多播和可选的广播。

典型应用场景

CPS - 1848 适用于多种领域，如高性能计算、无线通信、国防与航空航天以及视频和成像等。这些领域对数据传输的速度、可靠性和低延迟有较高要求，CPS - 1848 正好能够满足这些需求。

二、设备特性

1. RapidIO 端口

• 通道数量：拥有 48 个双向 S - RIO 通道。
• 端口宽度：支持 1x、2x 和 4x 端口宽度，每个端口最高可达 20 Gbps。
• 端口速度：端口速度可选，包括 6.25、5、3.125、2.5 或 1.25 Gbaud。
• 传输距离：支持 Level I 定义的短距离或长距离传输，以及 Level II 定义的短、中、长距离传输，适用于不同的应用场景。
• 错误管理：支持错误管理扩展，具备软件辅助错误恢复功能，支持热插拔，提高了系统的可靠性和可维护性。

2. I2C 接口

• 功能用途：提供 (I^{2} C) 端口，用于设备的维护和错误报告。
• 工作模式：支持主模式和从模式。主模式下可从外部 ROM 进行上电配置，还支持外部图像压缩和校验和功能。

3. 交换机特性

• 吞吐量：峰值吞吐量可达 240 Gbps，能够满足高速数据传输的需求。
• 数据架构：采用无阻塞数据流架构，确保数据的高效传输。
• 数据转发方式：可配置为直通或存储转发数据流，用户可以根据实际需求进行选择。
• 低延迟：在所有数据包长度和负载条件下都具有极低的延迟，保证了数据的实时性。
• 缓冲机制：具备内部排队缓冲和重传缓冲，提高了数据传输的可靠性。
• 流量控制：支持标准的发送器或接收器控制的流量控制，确保数据的稳定传输。
• 路由能力：具备全局路由或本地端口路由能力，支持最多 40 个同时的多播掩码，包括广播功能。
• 性能监控：提供性能监控计数器，用于性能和诊断分析，方便用户对设备进行监控和维护。

4. SerDes 特性

• 信号完整性：通过发射器预加重和驱动强度以及接收器均衡，提供最佳的信号完整性，确保数据传输的准确性。
• 误码率测试：嵌入式 PRBS 生成和检测，支持可编程多项式，可进行误码率测试，方便用户对设备的性能进行评估。

5. 附加功能

• 数据包跟踪/镜像：每个输入端口可以将符合用户定义标准的所有传入数据包复制到“跟踪”输出端口，方便用户对特定数据包进行分析和调试。
• 数据包过滤：每个输入端口可以过滤（丢弃）符合用户定义标准的所有传入数据包，提高了系统的安全性。
• 设备配置：可通过 S - RIO 端口、I2C 或 JTAG 进行配置，提供了多种配置方式，方便用户进行操作。
• JTAG 边界扫描：支持完整的 JTAG 边界扫描（IEEE1149.1 和 1149.6），方便进行设备的测试和调试。
• 封装形式：采用无盖 784 - FCBGA 封装，尺寸为 29 × 29 mm，球间距为 1.0 mm，便于设备的安装和集成。

三、接口与配置

1. 接口概述

• S - RIO 端口：是芯片的主要通信端口，符合 RapidIO 规范（Rev. 2.1），提供最多 48 个 S - RIO 通道，每个通道的编码数据速率可配置为 1.25、2.5、3.125、5 或 6.25 Gbaud。
• I2C 总线：可用于替代标准的 S - RIO 或 JTAG 端口对芯片进行编程和检查寄存器状态，包括错误报告寄存器，支持主模式和从模式，以及快速和标准模式总线。
• JTAG TAP 端口：符合 IEEE1149.1（JTAG）和 1149.6（AC Extest）标准，可用于替代标准的 S - RIO 或 I2C 端口对芯片进行编程和检查寄存器状态，有 5 个引脚。
• 中断（IRQ_N）：提供中断输出，用于支持错误处理功能，当设备内部出现错误条件时可向主机处理器发出信号。
• 复位（RST_N）：单个复位引脚用于对 CPS - 1848 进行完全复位，将所有寄存器设置为上电默认值。
• 时钟（REF_CLK_P/N）：系统时钟为 156.25 - MHz 差分时钟。
• Rext（REXT_N/P）：用于建立 SerDes 输出的驱动偏置，需要连接一个 9.1k Ohm 的外部偏置电阻，以确保 SerDes 在不同工艺和温度条件下的稳定性。
• 速度选择（SPD[2:0]）：用于定义所有端口在复位时的 S - RIO 端口速度，不同的配置对应不同的端口速度。
• 象限配置（QCFG[7:0]）：用于定义所有端口在复位时的 S - RIO 端口宽度（x1, x2, x4），不同的位组合对应不同象限的端口宽度。
• 频率选择（FSEL[1:0]）：FSEL1 引脚用于定义输入参考时钟。

2. 配置引脚

• 速度选择引脚 SPD[2:0]：通过不同的配置可以选择不同的 S - RIO 端口速度，如 000 对应 1.25 Gbaud，001 对应 2.5 Gbaud 等。
• 象限配置引脚 QCFG[7:0]：可以分别定义四个象限的端口宽度，方便用户根据实际需求进行配置。

四、电气特性

1. 绝对最大额定值

文档中规定了设备的绝对最大额定值，工程师在设计时需要确保设备的工作条件不超过这些限制，以保证设备的安全运行。

2. 推荐工作条件

为了保证设备的性能和可靠性，文档给出了推荐的工作条件，包括电压、温度等参数，工程师应在这些条件下使用设备。

3. AC 测试条件

详细说明了设备在交流测试时的条件，有助于工程师进行准确的测试和评估。

4. 功耗

文档中给出了设备的功耗信息，工程师在设计电源时需要考虑设备的功耗，以确保电源能够满足设备的需求。

五、总结

CPS - 1848 是一款功能强大、性能卓越的 RapidIO 交换机，具有高吞吐量、低延迟、多种配置方式和丰富的附加功能等优点。它适用于多种应用场景，能够满足不同用户的需求。在设计基于 CPS - 1848 的系统时，工程师需要充分了解设备的特性和接口，合理配置设备，以确保系统的性能和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似设备的配置难题呢？欢迎在评论区分享交流。