電信基礎(chǔ)設(shè)備、視頻基礎(chǔ)設(shè)備以及影像應(yīng)用等對于帶寬的要求迅速提升，這些系統(tǒng)需要支持具有更高分辨率、更快幀速率以及更出色音質(zhì)的音視頻流。同時，上述系統(tǒng)還要提高信道密度，降低每信道的功耗。此外，該市場不僅要求提高外設(shè)與存儲器的集成度，而且還要進一步縮減電路板面積，從而節(jié)約系統(tǒng)成本。開發(fā)人員需要高度可擴展的靈活硅芯片器件和工具來幫助他們跟上市場發(fā)展趨勢的要求。用于數(shù)字信號處理器(DSP)的一些傳統(tǒng)高性能I/O在可靠性、帶寬充足性以及可擴展性等方面都存在一定的局限性。串行RapidIO(sRIO) 能夠通過提供一種高性能的分組交換式互連技術(shù)解決這種局限性問題，這對復(fù)雜的DSP拓?fù)涠苑浅Ｓ杏?。與其前代技術(shù)不同，sRIO不需要與存儲器共享接口，而且既能作為主系統(tǒng)又能作為從系統(tǒng)運行。此外，其還可支持較長的物理連接距離以及硬件級故障檢測/糾錯、狀態(tài)/確認(rèn)反饋以及帶內(nèi)中斷/信號發(fā)送等。
復(fù)雜系統(tǒng)拓?fù)渲械膕RIO
首先，我們必須了解sRIO在復(fù)雜系統(tǒng)拓?fù)渲邪l(fā)揮的作用，明確它在物理系統(tǒng)的實施過程中如何提高靈活性。sRIO可支持芯片之間的通信，速度高達 20Gbps乃至更高。sRIO提供1X和4X寬度的1.25、2.5或3.125GHz雙向鏈接，每向吞吐速率高達10Gbps。
利用sRIO，設(shè)計人員能夠確定如何實現(xiàn)多個器件的最佳連接。DSP可直接進行網(wǎng)形、環(huán)形以及星形拓?fù)涞倪B接，也可通過交換機進行多個DSP的連接，彼此之間有無本地連接均可。此外，我們還可采用sRIO一并連接DSP、FPGA和ASIC。這種高度的靈活性使設(shè)計人員能根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)流的需要任意安排組件，而不會因為接口或協(xié)議的限制影響系統(tǒng)設(shè)計。
例如，一個簡單的系統(tǒng)可以具備兩個通過4倍速鏈接相連的DSP。另一個系統(tǒng)則要求更高的計算能力，不過不需要更多I/O。這種系統(tǒng)可以由5個DSP組成，每個DSP都直接通過1倍速鏈接彼此相連。第三個系統(tǒng)也包含5個DSP，它們均采用4倍速鏈接連接至中央交換機，以實現(xiàn)更佳的I/O性能(圖1)。第四個系統(tǒng)則有更繁重的計算要求，其中可能包含12個乃至更多的DSP，它們均通過4倍速鏈接連接至一個或多個交換機的系統(tǒng)架構(gòu)，從而實現(xiàn)最高的計算能力和I/O帶寬。
圖1：在本例中，sRIO能靈活地連接所有五個DSP。
支持sRIO的系統(tǒng)能夠通過充分利用上述特性顯著提高整體性能。例如，在無線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中，總共三到六個速度達Gbps的天線數(shù)據(jù)通常由可處理24到48 個天線流(antenna stream)的ASIC或FPGA支持，這時每個基站的速率約為123Mbps。另一方面，用戶數(shù)據(jù)通常在DSP上處理，每個用戶通道速度約 19Mbps，統(tǒng)一采用共享的EMIF通道。采用鏈接sRIO通道的DSP使用戶數(shù)據(jù)和天線數(shù)據(jù)能獨立得到處理。采用DSP所需的成本不僅大大低于 FPGA或ASIC，而且在24到48個天線流的系統(tǒng)中能處理相同的數(shù)據(jù)速率，每個通道速度約為123Mbps，因此天線數(shù)據(jù)速度總共能到每秒3到 6Gb。對于用戶數(shù)據(jù)而言，諸如最新DSP系列的較高核心速度、較快的sRIO I/O速度，以及能釋放外部存儲器帶寬等優(yōu)異特性，使通道密度能夠提高到每DSP達128個用戶通道，每通道速度為19Mbps，這樣整體而言每個DSP 的用戶數(shù)據(jù)總速度達2.5Gbps。
消息傳遞
軟件開發(fā)人員不僅能夠受益于 sRIO接口具有的更高性能和更高靈活性，而且他們無論采用低級編程技術(shù)還是高級編程技術(shù)均可進行應(yīng)用開發(fā)。如果使用低級直接I/O方案，編程人員必須指定目標(biāo)和地址，這種方案在能夠?qū)崿F(xiàn)最佳性能的同時，還非常適用于在設(shè)計時就已知目標(biāo)緩沖方案的應(yīng)用，并且應(yīng)用的分組是固定的。但是，這種方法的缺點是開發(fā)人員必須了解遠(yuǎn)程處理器的物理存儲器映射，這使第三方集成非常困難。
高級消息傳遞方案能夠在無需進行大量低級器件編程的情況下就能提供一種更抽象的通信方法。這種方法對目標(biāo)緩沖方案未知的應(yīng)用最為適用，而且對于應(yīng)用分組未知或者比較靈活的情況也很適用。此外，消息傳遞接口能夠顯著縮短用于增加或減少應(yīng)用處理器所需的時間。
數(shù)家嵌入式處理器廠商為sRIO提供內(nèi)核級軟件層支持。例如，在TI DSP中，消息傳遞由DSP/BIOS軟件內(nèi)核基礎(chǔ)消息隊列(MSGQ)模塊提供支持，這使應(yīng)用程序開發(fā)人員能在更高級的抽象水平上設(shè)計軟件。
消息傳遞使應(yīng)用程序能夠通過sRIO互連更高效地與其它DSP通信。通過這種方法發(fā)送的消息，其優(yōu)先級高于數(shù)據(jù)緩沖，這一點非常有用，因為以更高的優(yōu)先級控制數(shù)據(jù)通常來說是更好的做法。MSGQ能在無需修改源代碼的情況下在處理器中移動讀取器和寫入器，因此我們能在單個處理器上進行開發(fā)，而且能方便地針對多處理器系統(tǒng)進行縮放。也就是說，寫入器不用了解讀取器駐留在哪個處理器上，這不僅能簡化集成，而且還能簡化客戶端/服務(wù)器應(yīng)用等的開發(fā)工作。
此外，MSGQ還可支持消息的零拷貝傳輸，假定底層物理介質(zhì)支持處理器間零拷貝。零拷貝基本說來就是指針傳遞(pointer passing)，而不是將消息內(nèi)容拷貝到其它消息中。我們可在單個的處理器上完成上述操作，也可在共享存儲器的多部處理器完成。由于能從特定集 (pool)分配消息，因而我們能輕松地實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量(QoS)特性，如針對關(guān)鍵資源提高性能、加快速度等。
