pci express是从pci发展而来的一种系统互联接口标准。pci和pci-x都是基于32位以及64位的并行总线，而pci express则使用高速串行总线。pci express后向兼容于pci，能够灵活地提供大峰值带宽。表1对比了三种pci标准的特性。

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p; 表1 pci标准对比

　　一对同时工作的发送和接收通道被称为一个通路。发送和接收通道使用低电压差分信号(lvds)标准传输数据。数据时钟嵌入在每个通道中，以实现非常高的数据速率。

图1 pci express链路

　　一条pci express链路由多条通路组成，在链路中增加更多的通路可提高pci express链路的带宽。规范支持的链路通路带宽有x1、x4、x8和x16四种。

pci express的高级特性包括：

主动功耗管理：在pci express中，不管总线上是否有信号传送，总线接口总是一直在工作。空闲状态下，总线上没有任何操作时，这样会导致很高的功耗。为降低功耗，pci express提供了主动功耗管理机制，以便降低总线空闲时的功耗。

实时数据流量：pci express保证数据包在虚拟通道的给定时间内到达其目的地，实现了不同等级的服务质量(qos)。

热插拔：pci express支持系统工作时的热插拔，缩短了系统更新和调试阶段的停机时间。

误码探测和纠正：由于数据链路层的循环冗余码校验(crc)功能，pci express能够更好地检查数据完整性，进行误码处理，提高总线操作的可靠性，增强数据恢复的能力。

实现pci express接口的难点

采用定制逻辑在专用产品中实现pci express接口有很多难点：

p; 自适应硬件：设计专用产品所选用的硬件平台必须能够满足pci express协议的电气规范和性能要求。在存储器、服务器和背板等典型pci express终端应用中，基于pc的网络在带宽需求和数据速率上发展很快。这类产品还需要灵活地适应那些可能替代现有标准的新标准。

系统性能：由于pci express链路的预期数据速率在gbps范围内，因此，时序裕量非常紧张。实现任何pci express接口都必须满足系统严格的性能要求。

可靠性：要实现这一协议必须保证产品在可能经受的工作电压和温度(pvt)变化范围内有可靠的性能表现。

通用性：pci express接口经常用于连接不同的半导体器件。因此，该协议的产品必须与市场上其他pci express器件兼容。

使用方便：对于系统设计人员而言，pci express应该实现起来比较简单(或者换句话说，打开包装就能用)。这一般是指能够提供参考设计、界面友好的软件工具、验证设计的原型开发平台，以及完整的文档等。

fpga中的pci express接口

fpga通常用于桥接使用不同协议的器件。而且，由于逻辑门容量的增加，系统级特性的丰富，以及系统吞吐量的提高，fpga还被逐步承担系统核心功能。

在最近几年中，fpga供应商开始采用吉比特收发器模块等硬件ip来实现高数据速率的高速串行i/o接口。例如，altera公司的stratix ii gx fpga每通道数据速率高达6.375 gbps。采用吉比特收发器模块，现在可以在一片fpga中实现高速串行协议，包括千兆以太网、串行rapid io、pci express、xaui和hd-sdi等。

吉比特收发器模块一般包括物理层和物理编码子层(pcs)，如图2所示。上层协议以硬件描述语言(hdl)编写的ip在fpga架构中实现。

图2 pci express高速串行i/o

fpga的pci express接口有明显的优势：

灵活性：由于fpga架构在本质上具有可编程性，因此，采用fpga的任何产品在通路数量、特性、实现定制硬件的可能性，以及与其他半导体器件的连接都有很大的灵活性。

容易更新：采用fpga的产品能够适应协议和功能需求的变化。因此，这类产品能够避免过时，容易进行更新。

性能成熟：fpga中的吉比特收发器模块能够保证具有时序裕量。图3中的pci express眼图经过验证，符合pci-sig标准。这意味着，用户甚至在启动设计之前，就可以确信产品的兼容性。