IDT CPS - 16：一款高性能Serial RapidIO交换机的深度解析

在当今高速数据处理和通信的时代，高性能交换机在各种系统中扮演着至关重要的角色。IDT的CPS - 16（IDT80KSW0002）Serial RapidIO交换机便是这样一款值得关注的产品。下面，我们就从多个方面来深入了解这款交换机。

文件下载：80KSW0002HMGI.pdf

一、设备概述

CPS - 16是一款面向串行RapidIO（sRIO）的交换机，其主要功能是在DSP、处理器、FPGA、其他交换机或任何基于sRIO的设备之间路由和分配数据包。它还可用于串行RapidIO背板交换。该交换机支持从其16个输入端口到16个输出端口的串行RapidIO数据包交换，包括单播、多播和可选的广播。

二、产品特性

（一）接口特性

1. sRIO接口
   • 拥有16个双向串行RapidIO（sRIO）通道，版本为1.3。
   • 端口速度可选，有3.125Gbps、2.5Gbps或1.25Gbps。
   • 所有通道支持不同PHY速度下的短距离或长距离传输。
   • 端口数量可配置，最多可设置为16个1x端口、4个4x端口，或1x和4x端口的组合。
   • 通道可配置为独立的非冗余1x端口、冗余1x端口的一部分或4x端口的一部分。
   • 每个象限支持两种独立的端口速率，支持标准的4级优先级，并具备错误管理功能。
2. I2C接口
   • 提供I2C端口用于维护和错误报告，支持主或从操作。
   • 主模式允许从外部ROM进行上电配置，还支持外部镜像压缩和校验和的主模式配置。

（二）性能特性

1. 具备40 Gbps的峰值交换带宽，在每个sRIO优先级内具有无阻塞数据流架构。
2. 对于所有数据包长度和负载条件，都具有极低的延迟。
3. 内部有排队缓冲区和重传缓冲区，采用标准的基于接收器的物理层流控制。

（三）其他特性

1. 数据流程可配置为直通或存储转发模式。
2. 可通过任何sRIO端口、I2C或JTAG进行设备配置。
3. 每个端口都具备数据包跟踪和过滤功能，支持最多10个同时的多播掩码和广播功能。
4. 拥有端口环回调试功能，支持软件辅助错误恢复和热插拔。
5. 端口可单独关闭以降低功耗，配备PMON计数器用于监控和诊断。
6. 具备SerDes物理诊断寄存器，支持嵌入式PRBS生成和检测以及可编程多项式的误码率（BER）测试。
7. 采用0.13um技术，功耗低，支持完整的JTAG边界扫描（IEEE1149.1 & 1149.6），封装为324 - 球网格阵列，尺寸为19mm x 19mm，球间距为1.0mm。

三、工作模式与功能

（一）正常交换模式

CPS - 16支持标准的串行RapidIO规范，根据数据包的目的ID进行数据包路由。主要包括多播、单播和维护数据包三种操作方式。

（二）增强功能

1. 数据包跟踪：对每个传入数据包的前160位（头部和部分有效负载）进行与用户定义的比较寄存器值的匹配检查。若匹配，可将数据包正常路由到目标端口，同时复制一份到“跟踪端口”，或者丢弃该数据包。此功能可在系统启动和原型设计阶段识别特定类型的数据包，也可用于安全应用。
2. 端口环回：每个端口都可进行内部环回，用于高速sRIO端口的系统调试。启用端口环回后，发送到端口接收器的数据包会在物理层直接回环到发送器，绕过更高的逻辑或传输层。
3. 广播：每个多播掩码可配置为将源端口包含在多播操作的目标端口中。

四、应用场景

（一）中央交换机无线处理

在宏无线基站中，基于交换机的原始数据组合和分配架构被广泛采用。CPS - 16可直接支持使用串行RapidIO标准的背板连接，通过添加适当的桥接器（如CPRI sRIO），可进一步提高背板的灵活性，适应多种标准的设计。

（二）媒体网关和通用处理

虽然SAR和RTP通常由NP/处理器处理，但DSP在TDM转换和压缩方面更有效。CPS - 16的低抖动特性可充分利用DSP的处理能力，其优先级支持、快速交换和多播功能可区分不同类型的流量，提供QoS（服务质量）。

五、接口详情

（一）sRIO端口

sRIO接口是芯片上的主要通信端口，符合串行RapidIO v. 1.3规范。设备提供16个差分双单工收发器，可独立配置为1x或4x端口，支持多种端口配置方式。此外，还拥有“增强象限”的专有实现，用户可灵活使用1x模式的一个、多个或所有四个通道。

（二）I²C总线

I²C接口可作为标准sRIO或JTAG端口的替代方案，用于对芯片进行编程和检查寄存器状态，包括错误报告寄存器。它支持主模式和从模式，以及快速模式和标准模式总线。

（三）JTAG TAP端口

JTAG TAP接口符合IEEE1149.1（JTAG）和1149.6（AC Extest）标准，可作为标准sRIO或I²C端口的替代方案，用于对芯片进行编程和检查寄存器状态，包括错误报告寄存器。

（四）其他接口

还包括中断（IRQ）、复位、时钟、Rext和SPD[1:0]等接口，每个接口都有其特定的功能和电气特性。

六、电气参数

（一）绝对最大额定值

文档中给出了不同电压、温度和电流的绝对最大额定值，使用时需注意避免超过这些值，以免对设备造成永久性损坏。

（二）推荐温度和工作电压

根据商业和工业级别的不同，给出了推荐的环境温度和电源电压范围，以及相关的注意事项。

（三）AC测试条件

规定了输入脉冲电平、输入上升/下降时间、输入输出参考电平以及输出负载等AC测试条件。

七、性能指标

（一）吞吐量和延迟

CPS - 16的峰值交换吞吐量可达40 Gbps，持续吞吐量在特定配置下为35 Gbps。在不同的负载和优先级条件下，交换机的延迟和抖动有相应的指标，用户在设计时需根据实际情况考虑这些因素。

（二）切换模式下的延迟

文档还给出了“存储转发”和“直通”模式下不同有效负载大小和端口速率的交换机延迟表格，可为工程师在选择合适的工作模式时提供参考。

八、功耗分析

文档提供了不同工作模式和端口配置下的典型功耗数据，包括SerDes、JTAG块、I2C块、交换块等的功耗。工程师可使用“CPS Power Calculator”建模工具来估算特定应用场景下的设备功耗。

九、编程与配置

CPS - 16可通过sRIO、I²C或JTAG进行编程和配置。在I²C模式下，支持主模式和从模式，设备地址可通过外部引脚进行定义，并且提供了详细的读写操作协议。在JTAG模式下，支持多种指令，包括EXTEST、SAMPLE/PRELOAD、IDCODE等，可用于边界扫描测试和配置寄存器访问。

十、总结

IDT的CPS - 16 Serial RapidIO交换机是一款功能强大、性能卓越的设备，具有丰富的接口特性、高性能的交换能力和灵活的配置方式。它在无线处理、媒体网关和通用处理等多个领域都有广泛的应用前景。工程师在使用时，需根据具体的应用场景和需求，合理配置设备的参数和工作模式，以充分发挥其性能优势。同时，要严格遵守设备的电气参数和使用规范，确保设备的稳定运行。

大家在实际使用CPS - 16的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享交流。