一種可編程 ExpressCard 解決方案
[導(dǎo)讀]ExpressCard 模塊是由 PCMCIA 推出的一種更薄、更快、更輕的抽屜式插卡，用以取代現(xiàn)有的 PC 卡和 CardBus 模塊，主要用于筆記本計(jì)算機(jī)后繼市場(chǎng)中的功能性升級(jí)和擴(kuò)展。
ExpressCard 模塊是由 PCMCIA 推出的一種更薄、更快、更輕的抽屜式插卡，用以取代現(xiàn)有的 PC 卡和 CardBus 模塊，主要用于筆記本計(jì)算機(jī)后繼市場(chǎng)中的功能性升級(jí)和擴(kuò)展。同樣，ExpressCard 模塊最初旨在服務(wù)于筆記本計(jì)算機(jī)后繼市場(chǎng)（圖 1a）。
在桌面計(jì)算機(jī)市場(chǎng)（圖 1b），無(wú)論P(yáng)C 制造商還是最終用戶，都強(qiáng)烈希望向密封盒模型遷移，擁抱通過(guò)抽屜式擴(kuò)展卡這種已在筆記本計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用達(dá)十年之久的輕松的傻瓜式升級(jí)方式。桌面計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的這一趨勢(shì)為最終用戶帶來(lái)易用性，使 PC 制造商實(shí)現(xiàn)更少維修成本，因?yàn)樽罱K用戶將無(wú)需因打開其桌面計(jì)算機(jī)而有機(jī)會(huì)損壞機(jī)器。ExpressCard 技術(shù)可能會(huì)擴(kuò)展到基于 PC 的電器中，如多媒體盒和 IP 機(jī)頂盒等。
ExpressCard 技術(shù)
ExpressCard 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有 ExpressCard 模塊可以支持USB 2.0 或PCI Express（或同時(shí)支持兩者），并且所有 ExpressCard 插槽必須接受為使用 480 Mbps USB 2.0 接口或單通道 ("x1") 2.5 Gbps PCI Express 接口而設(shè)計(jì)的模塊。ExpressCard 標(biāo)準(zhǔn)還支持熱拔插功能，具有嚴(yán)格的外形規(guī)格、電源管理模式和發(fā)熱極限要求。
ExpressCard 模塊有兩種尺寸：
• ExpressCard/34： 34 mm (W) x 75 mm (L) x 5 mm (H)
• ExpressCard/54： 54 mm (W) x 75 mm (L) x 5 mm (H)
主機(jī)系統(tǒng)可以提供 34- 或 54- 模塊寬度的任意插槽組合。34-mm 模塊可以工作在針對(duì) 54-mm-寬度模塊設(shè)計(jì)的插槽中，但反之不可。
發(fā)熱極限定義為“插槽內(nèi)”耗散。發(fā)熱極限為 ExpressCard/34 模塊 1.3W，ExpressCard/54 模塊 2.1W。ExpressCard 技術(shù)規(guī)定 PCI Express 必須采用活動(dòng)狀態(tài) L0 和活動(dòng)狀態(tài) L1 電源管理。活動(dòng)狀態(tài)電源管理(active state power management, ASPM) 支持極為積極的硬件發(fā)起電源管理功能性，超越了通過(guò)使用 PCI-PM 和 ACPI（高級(jí)配置與電源接口）軟件電源管理技術(shù)所能獲得的功能。
熱拔插功能性是 CardBus 和 USB 規(guī)范一個(gè)制定完善的部分，PCI Express 規(guī)范同樣提供了支持。ExpressCard 模塊用戶可以隨時(shí)安裝和拆下模塊，無(wú)需關(guān)閉主機(jī)。此外，PCI Express 和 USB 2.0 的自動(dòng)檢測(cè)與配置功能允許主機(jī)系統(tǒng)無(wú)需使用外部插槽控制器即可支持 ExpressCard 技術(shù)。需要使用一個(gè) ExpressCard 電源開關(guān)來(lái)控制到插槽的電源。
Windows XP 和 2000 未對(duì) PCI 和 PCI Express 設(shè)備提供內(nèi)在發(fā)現(xiàn)支持。但從 Windows Longhorn 開始，PCI Express 設(shè)備的移除和發(fā)現(xiàn)將像今天的 USB 設(shè)備那樣優(yōu)雅無(wú)縫。
PX1011A PCI Express PHY和 Spartan-3E FPGA
飛利浦半導(dǎo)體公司和賽靈思公司共同為新興的 ExpressCard 市場(chǎng)提供一種低成本可編程 PCI Express 解決方案。我們的解決方案通過(guò)飛利浦 PX1011A PCI Express PHY、賽靈思® Spartan™-3E FPGA 和賽靈思 LogiCORE™ PCI Express IP 核，提供完全符合規(guī)范的 x1 PCI Express 端點(diǎn)。該解決方案憑借較低的功耗、先進(jìn)的封裝、信號(hào)完整性和對(duì) PCI Express 規(guī)范的完全符合，滿足了 ExpressCard 規(guī)范的要求。此外，該解決方案的可編程、可重配置結(jié)構(gòu)，還使您能夠構(gòu)建具有創(chuàng)新性的 ExpressCard 應(yīng)用，如多功能卡或智能外設(shè)，并降低與元件庫(kù)存和合格鑒定與關(guān)的成本。
許多新興 ExpressCard 應(yīng)用由于封裝、功耗、信號(hào)完整性或其他技術(shù)要求而無(wú)法使用現(xiàn)有半導(dǎo)體器件。與其等待制造出符合要求的芯片，不如使用我們的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的二片式可編程解決方案，它為您提供了一種低風(fēng)險(xiǎn)的、成本有效的替代選擇，具有較短的上市時(shí)間和較長(zhǎng)的在市時(shí)間。最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、測(cè)試和發(fā)運(yùn)可在幾周之內(nèi)完成——而且一旦出現(xiàn)未預(yù)見(jiàn)到的問(wèn)題，您可以隨時(shí)升級(jí)或修復(fù)硬件。
飛利浦 PX1011A
飛利浦 PX1011A 是一款為與低成本 FPGA 一起使用而優(yōu)化的 x1 2.5 Gbps PCI Express PHY 器件。它具有很小的封裝，可提供卓越的發(fā)射和接收性能，符合 PCI Express 規(guī)范 v1.0a 和 v1.1。PX1011A 可同時(shí)服務(wù)于 ExpressCard/34 和 ExpressCard/54 應(yīng)用。PX1011A 具有以下支持 ExpressCard 應(yīng)用的關(guān)鍵特性：
• 正常 L0 模式下的低功耗特性 (<300 mW)，包括 I/O
• 小而薄的 81 腳封裝 (9 x 9 x 1.05 mm)，僅占據(jù) ExpressCard/34 模塊上可用面積的很小部分
• 支持活動(dòng)狀態(tài) L0 和 L1 模式
• 在可選的 L2 模式下，可以使用一個(gè)邊帶 WAKE# 信號(hào)作為 L2 電源模式的喚醒機(jī)制
賽靈思 Spartan-3E FPGA和 PCI Express IP 核
賽靈思 PCI Express IP 核是為 Spartan-3E FPGA 設(shè)計(jì)的，并具有較小的資源使用量。它實(shí)現(xiàn)了 PCI Express 規(guī)范定義的所有邏輯和事務(wù)層，例如對(duì)于 Spartan-3E500 器件來(lái)說(shuō)，可剩余大約 50% 的設(shè)計(jì)資源。
Spartan-3E FPGA 使用 250 MHz PXPIPE 標(biāo)準(zhǔn)（基于 SSTL_2 I/O）與 PX1011A PHY 進(jìn)行通信，并提供豐富的塊 RAM 資源，您可以使用這些資源實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收端緩沖器，以存儲(chǔ)事務(wù)層包。Spartan-3E500 FPGA 采用很小的球柵陣列封裝，符合 ExpressCard 規(guī)范的機(jī)械要求。PCI Express IP 核具有 ExpressCard 應(yīng)用所要求的以下特性：
• 完全符合 PCI Express 基本規(guī)范 v1.1
• 每個(gè)方向 2.5 Gbps 帶寬
• 資源利用率
• 5,408-5,708 個(gè) LUT
• 六個(gè)塊 RAM
• 3,920-4,017 個(gè)觸發(fā)器
• PCI/PCI Express 電源管理功能
• 活動(dòng)狀態(tài)電源管理 (ASPM)
• 可編程電源管理 (PPM)
• 兼容目前的 PCI 軟件模型
這種組合式飛利浦/賽靈思 PCI Express 解決方案功耗低 (700-800 mW)，因而同時(shí)適用于 ExpressCard/34 和 ExpressCard/54 應(yīng)用。
此外，該聯(lián)合解決方案已于 2005 年 6 月成功完成由第 45 號(hào) PCI-SIG 認(rèn)證專題小組進(jìn)行的 PCI Express 認(rèn)證測(cè)試，并進(jìn)入 PCI-SIG 集成商目錄。
使用飛利浦/賽靈思解決方案，應(yīng)用可以充分利用由 PCI Express 帶來(lái)的 2.5 Gbps 高吞吐率優(yōu)勢(shì)，同時(shí)享受可編程解決方案的靈活性。
DVB-T ExpressCard/34 演示設(shè)備
在 2006 年 1 月舉辦的消費(fèi)電子展 (CES) 上，我們展出了世界上第一個(gè)可編程 ExpressCard 應(yīng)用，該應(yīng)用由飛利浦 PX1011A PCI Express PHY 與 PDD 2016 DVB-T 模塊（圖 2），和賽靈思 Spartan-3E FPGA 與優(yōu)化的賽靈思 PCI Express IP 核（圖 3）組成。
飛利浦 DVB-T ExpressCard/34 演示設(shè)備插在一臺(tái)筆記本計(jì)算機(jī) ExpressCard 插槽內(nèi)，接收來(lái)自一臺(tái)實(shí)況電視發(fā)射器的 DVB-T 信號(hào)。流式 TV 接收在筆記本計(jì)算機(jī)上顯示。
飛利浦 RF 解決方案選擇飛利浦/賽靈思聯(lián)合解決方案，將 MPEG 傳輸流轉(zhuǎn)換為 PCI Express 包（與主機(jī)處理器通信需要），其選擇基于以下優(yōu)點(diǎn)：
• 與競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比，具有較低的總成本
• 能夠提供進(jìn)一步產(chǎn)品增強(qiáng)等未來(lái)保護(hù)和跟上 ExpressCard 標(biāo)準(zhǔn)修改
• 提高了客戶產(chǎn)品間的重復(fù)利用性
結(jié)論
隨著 ExpressCard 技術(shù)開始在筆記本計(jì)算機(jī)中流行，隨后將進(jìn)入桌面計(jì)算機(jī)和其他基于 PC 的電器中，如媒體盒和 IP 機(jī)頂盒等。我們的飛利浦/賽靈思聯(lián)合 ExpressCard 解決方案提供了一種低成本、低功耗、可編程解決方案，可支持未來(lái)幾年內(nèi)的眾多新興應(yīng)用。
作者：
Ho Wai Wong-Lam ，營(yíng)銷經(jīng)理 飛利浦半導(dǎo)體公司 ho.wai.wong-lam@philips.com
Abhijit Athavale， 高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理 賽靈思公司 abhijit.athavale@xilinx.com
在桌面計(jì)算機(jī)市場(chǎng)（圖 1b），無(wú)論P(yáng)C 制造商還是最終用戶，都強(qiáng)烈希望向密封盒模型遷移，擁抱通過(guò)抽屜式擴(kuò)展卡這種已在筆記本計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用達(dá)十年之久的輕松的傻瓜式升級(jí)方式。桌面計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的這一趨勢(shì)為最終用戶帶來(lái)易用性，使 PC 制造商實(shí)現(xiàn)更少維修成本，因?yàn)樽罱K用戶將無(wú)需因打開其桌面計(jì)算機(jī)而有機(jī)會(huì)損壞機(jī)器。ExpressCard 技術(shù)可能會(huì)擴(kuò)展到基于 PC 的電器中，如多媒體盒和 IP 機(jī)頂盒等。
ExpressCard 技術(shù)
ExpressCard 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有 ExpressCard 模塊可以支持USB 2.0 或PCI Express（或同時(shí)支持兩者），并且所有 ExpressCard 插槽必須接受為使用 480 Mbps USB 2.0 接口或單通道 ("x1") 2.5 Gbps PCI Express 接口而設(shè)計(jì)的模塊。ExpressCard 標(biāo)準(zhǔn)還支持熱拔插功能，具有嚴(yán)格的外形規(guī)格、電源管理模式和發(fā)熱極限要求。
ExpressCard 模塊有兩種尺寸：
• ExpressCard/34： 34 mm (W) x 75 mm (L) x 5 mm (H)
• ExpressCard/54： 54 mm (W) x 75 mm (L) x 5 mm (H)
主機(jī)系統(tǒng)可以提供 34- 或 54- 模塊寬度的任意插槽組合。34-mm 模塊可以工作在針對(duì) 54-mm-寬度模塊設(shè)計(jì)的插槽中，但反之不可。
發(fā)熱極限定義為“插槽內(nèi)”耗散。發(fā)熱極限為 ExpressCard/34 模塊 1.3W，ExpressCard/54 模塊 2.1W。ExpressCard 技術(shù)規(guī)定 PCI Express 必須采用活動(dòng)狀態(tài) L0 和活動(dòng)狀態(tài) L1 電源管理。活動(dòng)狀態(tài)電源管理(active state power management, ASPM) 支持極為積極的硬件發(fā)起電源管理功能性，超越了通過(guò)使用 PCI-PM 和 ACPI（高級(jí)配置與電源接口）軟件電源管理技術(shù)所能獲得的功能。
熱拔插功能性是 CardBus 和 USB 規(guī)范一個(gè)制定完善的部分，PCI Express 規(guī)范同樣提供了支持。ExpressCard 模塊用戶可以隨時(shí)安裝和拆下模塊，無(wú)需關(guān)閉主機(jī)。此外，PCI Express 和 USB 2.0 的自動(dòng)檢測(cè)與配置功能允許主機(jī)系統(tǒng)無(wú)需使用外部插槽控制器即可支持 ExpressCard 技術(shù)。需要使用一個(gè) ExpressCard 電源開關(guān)來(lái)控制到插槽的電源。
Windows XP 和 2000 未對(duì) PCI 和 PCI Express 設(shè)備提供內(nèi)在發(fā)現(xiàn)支持。但從 Windows Longhorn 開始，PCI Express 設(shè)備的移除和發(fā)現(xiàn)將像今天的 USB 設(shè)備那樣優(yōu)雅無(wú)縫。
PX1011A PCI Express PHY和 Spartan-3E FPGA
飛利浦半導(dǎo)體公司和賽靈思公司共同為新興的 ExpressCard 市場(chǎng)提供一種低成本可編程 PCI Express 解決方案。我們的解決方案通過(guò)飛利浦 PX1011A PCI Express PHY、賽靈思® Spartan™-3E FPGA 和賽靈思 LogiCORE™ PCI Express IP 核，提供完全符合規(guī)范的 x1 PCI Express 端點(diǎn)。該解決方案憑借較低的功耗、先進(jìn)的封裝、信號(hào)完整性和對(duì) PCI Express 規(guī)范的完全符合，滿足了 ExpressCard 規(guī)范的要求。此外，該解決方案的可編程、可重配置結(jié)構(gòu)，還使您能夠構(gòu)建具有創(chuàng)新性的 ExpressCard 應(yīng)用，如多功能卡或智能外設(shè)，并降低與元件庫(kù)存和合格鑒定與關(guān)的成本。
許多新興 ExpressCard 應(yīng)用由于封裝、功耗、信號(hào)完整性或其他技術(shù)要求而無(wú)法使用現(xiàn)有半導(dǎo)體器件。與其等待制造出符合要求的芯片，不如使用我們的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的二片式可編程解決方案，它為您提供了一種低風(fēng)險(xiǎn)的、成本有效的替代選擇，具有較短的上市時(shí)間和較長(zhǎng)的在市時(shí)間。最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、測(cè)試和發(fā)運(yùn)可在幾周之內(nèi)完成——而且一旦出現(xiàn)未預(yù)見(jiàn)到的問(wèn)題，您可以隨時(shí)升級(jí)或修復(fù)硬件。
飛利浦 PX1011A
飛利浦 PX1011A 是一款為與低成本 FPGA 一起使用而優(yōu)化的 x1 2.5 Gbps PCI Express PHY 器件。它具有很小的封裝，可提供卓越的發(fā)射和接收性能，符合 PCI Express 規(guī)范 v1.0a 和 v1.1。PX1011A 可同時(shí)服務(wù)于 ExpressCard/34 和 ExpressCard/54 應(yīng)用。PX1011A 具有以下支持 ExpressCard 應(yīng)用的關(guān)鍵特性：
• 正常 L0 模式下的低功耗特性 (<300 mW)，包括 I/O
• 小而薄的 81 腳封裝 (9 x 9 x 1.05 mm)，僅占據(jù) ExpressCard/34 模塊上可用面積的很小部分
• 支持活動(dòng)狀態(tài) L0 和 L1 模式
• 在可選的 L2 模式下，可以使用一個(gè)邊帶 WAKE# 信號(hào)作為 L2 電源模式的喚醒機(jī)制
賽靈思 Spartan-3E FPGA和 PCI Express IP 核
賽靈思 PCI Express IP 核是為 Spartan-3E FPGA 設(shè)計(jì)的，并具有較小的資源使用量。它實(shí)現(xiàn)了 PCI Express 規(guī)范定義的所有邏輯和事務(wù)層，例如對(duì)于 Spartan-3E500 器件來(lái)說(shuō)，可剩余大約 50% 的設(shè)計(jì)資源。
Spartan-3E FPGA 使用 250 MHz PXPIPE 標(biāo)準(zhǔn)（基于 SSTL_2 I/O）與 PX1011A PHY 進(jìn)行通信，并提供豐富的塊 RAM 資源，您可以使用這些資源實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收端緩沖器，以存儲(chǔ)事務(wù)層包。Spartan-3E500 FPGA 采用很小的球柵陣列封裝，符合 ExpressCard 規(guī)范的機(jī)械要求。PCI Express IP 核具有 ExpressCard 應(yīng)用所要求的以下特性：
• 完全符合 PCI Express 基本規(guī)范 v1.1
• 每個(gè)方向 2.5 Gbps 帶寬
• 資源利用率
• 5,408-5,708 個(gè) LUT
• 六個(gè)塊 RAM
• 3,920-4,017 個(gè)觸發(fā)器
• PCI/PCI Express 電源管理功能
• 活動(dòng)狀態(tài)電源管理 (ASPM)
• 可編程電源管理 (PPM)
• 兼容目前的 PCI 軟件模型
這種組合式飛利浦/賽靈思 PCI Express 解決方案功耗低 (700-800 mW)，因而同時(shí)適用于 ExpressCard/34 和 ExpressCard/54 應(yīng)用。
此外，該聯(lián)合解決方案已于 2005 年 6 月成功完成由第 45 號(hào) PCI-SIG 認(rèn)證專題小組進(jìn)行的 PCI Express 認(rèn)證測(cè)試，并進(jìn)入 PCI-SIG 集成商目錄。
使用飛利浦/賽靈思解決方案，應(yīng)用可以充分利用由 PCI Express 帶來(lái)的 2.5 Gbps 高吞吐率優(yōu)勢(shì)，同時(shí)享受可編程解決方案的靈活性。
DVB-T ExpressCard/34 演示設(shè)備
在 2006 年 1 月舉辦的消費(fèi)電子展 (CES) 上，我們展出了世界上第一個(gè)可編程 ExpressCard 應(yīng)用，該應(yīng)用由飛利浦 PX1011A PCI Express PHY 與 PDD 2016 DVB-T 模塊（圖 2），和賽靈思 Spartan-3E FPGA 與優(yōu)化的賽靈思 PCI Express IP 核（圖 3）組成。
飛利浦 DVB-T ExpressCard/34 演示設(shè)備插在一臺(tái)筆記本計(jì)算機(jī) ExpressCard 插槽內(nèi)，接收來(lái)自一臺(tái)實(shí)況電視發(fā)射器的 DVB-T 信號(hào)。流式 TV 接收在筆記本計(jì)算機(jī)上顯示。
飛利浦 RF 解決方案選擇飛利浦/賽靈思聯(lián)合解決方案，將 MPEG 傳輸流轉(zhuǎn)換為 PCI Express 包（與主機(jī)處理器通信需要），其選擇基于以下優(yōu)點(diǎn)：
• 與競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比，具有較低的總成本
• 能夠提供進(jìn)一步產(chǎn)品增強(qiáng)等未來(lái)保護(hù)和跟上 ExpressCard 標(biāo)準(zhǔn)修改
• 提高了客戶產(chǎn)品間的重復(fù)利用性
結(jié)論
隨著 ExpressCard 技術(shù)開始在筆記本計(jì)算機(jī)中流行，隨后將進(jìn)入桌面計(jì)算機(jī)和其他基于 PC 的電器中，如媒體盒和 IP 機(jī)頂盒等。我們的飛利浦/賽靈思聯(lián)合 ExpressCard 解決方案提供了一種低成本、低功耗、可編程解決方案，可支持未來(lái)幾年內(nèi)的眾多新興應(yīng)用。
作者：
Ho Wai Wong-Lam ，營(yíng)銷經(jīng)理 飛利浦半導(dǎo)體公司 ho.wai.wong-lam@philips.com
Abhijit Athavale， 高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理 賽靈思公司 abhijit.athavale@xilinx.com
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