VPX技术基础概论
VPX技術基礎概論?
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新型VPX(VITA 46)標準是自從VME引入后的25年來，對于VME總線架構的最重大也是最重要的改進。它將增加背板帶寬，集成更多的I/O，擴展了格式布局。
目前，VME64x已經不能滿足國防和航空領域越來越高的性能要求和更為惡劣環境下的應用。許多應用，例如雷達，聲納，視頻圖像處理，智能信號處理等，由于受到VME64x傳輸帶寬的限制，系統性能無法進一步提高。急需要一種新體制的總線，替代現有的VME64x總線，以提高系統傳輸帶寬。
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1. VPX標準概述
VITA 46基礎標準由VITA46.0（基礎協議）和VITA46.1（VME連接）描述，也稱為VPX，并成功地于2006年一月引入。這是一個里程碑，因為我們可以確信VITA46標準已經設計和實現出來了。下一步是完成最終文檔，并且提交ANSI（美國國家標準化組織）得到正式ANSI批準。
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1.1 VPX高速串行總線
VPX總線是VME技術的自然進化，它采用高速串行總線替代并行總線是其的最主要變化。VPX采用RapidIO和Advanced Switching Interconnect等現代的工業標準的串行交換結構，來支持更高的背板帶寬。這些高速串行交換可以提供每個差分對兒250MBytes/sec的數據傳輸率。如果4個信道最高1 GBytes/sec的理論速率。VPX的核心交換提供32個查分對兒，組成4個4信道端口，每個信道都是雙向的（一發送差分對兒，一接收差分兒）。VPX模塊的理論合計帶寬為8 GB/sec。
當今基于VME總線雷達系統陣列中的每個系統處理器，都必須等待輪到該處理器獲得總先后才能發送數據。這樣不僅僅使處理器終止了對當前數據塊的處理，同時還終止了處理器對輸入數據的處理。
交換結構使所有數據流暢通無阻，來解決這一問題，這樣減小了處理延遲和輸入數據流的中斷。
StarFabric是一個串行轉換結構，他利用現有的VME-64背板鏈接嵌入式多處理器。可是，VME64X接口的物理特性限制限制了它將來的發展。在VITA46開發以前，雷達系統開始面臨主卡的性能的制約。VME主卡其中兩個最嚴重的限制是每個插槽上通過信號針的數據量限制，以及嚴重的功率浪費。VITA46通過采用高速連接器和支持先進的交換結構，著重解決了這兩個問題。
由于采集的數據頻率越高，圖像效果越好。隨著雷達數據管道變得越來越大，VPX將成為解決這些新需求的新技術。
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1.2 VPX接插件
VPX采用了由Tyco公司開發出了模塊化的VPX RT2連接器，該連接器內含可控阻抗，低插入損耗，在最高6.25 Gbaud下，串擾小于3%。Tyco公司生產的獨特的新7排RT2連接器，與級聯塊兒和鍵一起，實現VITA 46模塊和背板設計。VITA 46選擇RT2連接器的目的是為了解決以下問題：
--- 連接器必須可以發送信號至少5 Gbits/sec
--- 連接器必須提供充足的I/O，適應現代主卡上日益增加的功能。
---連接器的尺寸必須能夠滿足VME標準長度，以便可以安裝PMC模塊，能夠保證0.8英寸的板間距。
---連接器系統必須足夠牢固，這樣在軍事/航空系統的惡劣環境中才能應用。
VPX技術介紹第一篇
VITA 46模塊插入和拔出力量與VME64X模塊相近。這是因為雖然VITA46擁有更多的接觸點，但是Tyco公司的MultiGig RT2連接器使得每個接觸點壓力降低而又能保證充分的接觸。以上結論都是建立在連接器機械結構評估和測試基礎上得來的。
VITA 46 工作組對最終交付使用的VPX連接器，為VPX模塊標準做了大量的測試認證。這些測試再現了一些最苛刻的環境測試，執行了板級標準。
主要環境參數測試包括如下：
- 振動及顫動
- 溫度
-適度
- 沙塵
- 耐久
- 靜電保護
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1.3 VPX的I/O能力
VPX擁有著更多的I/O能力，其數量幾乎是64X類型卡的兩倍。所有的I/O針都有千兆傳輸能力，最高到6.25 Gig/Sec。并且有輔助的VITA 48標準選擇，使得每個插槽可以插更高功率的板子。與傳統的VME技術比VPX的針腳數要多，一般的6U VPX模塊可以提供：
總共707個非電源電觸電
總共464個信號：
64個信號，用于核心交換的32個高速差分對
104個信號，用于實現VME64的
268個通用用戶I/O，其中包括128個高速差分對兒。
28個信號，用于作系統信號（重啟，JTAG，尋址等），其余未使用。
VPX提供最高32個網絡交換針，這些針的作用：
---得到更多的吞吐量
---提升性能
--實現網狀拓撲結構
---減少插槽數
---無需交換插槽
---節省空間和降低重量
VPX技術介紹第一篇
1.4 VPX的電源改進
VPX改進了電源供電。5V最高可達115W，12V最高可達384W，48V最高可達768W。
如此大功率的電源，允許板子集成更多的功能。可選的更高的電壓輸入，可以減少背板的電流，降低重量和降低電子兼容問題產生。
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2. VPX高速串行總線
新串行交換結構技術使得軍用和航空嵌入式計算機系統得到更高的性能，同時減少系統成本和重量。如今有多種高性能交換結構技術可供選擇。這其中的三個——Gigabit Ethernet (GbE), Serial RapidIO (SRIO), and PCI Express (PCIe)尤其突出，優點最多。GbE是基于IP數據通信的標準，無論是平臺間網絡還是在同一個背板中的子系統。SRIO是DSP應用中高密度多處理簇互聯的最好方式。第三種，PCIe事實上已經是，核心處理器到外圍設備高帶寬數據流傳輸應用的標準。圖1展示了嵌入式系統的網絡結構的概念。
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因為不可能有一種網絡交換技術可以滿足國防和航空嵌入式應用領域中所有的需求，所以業界各大特種計算機公司提出了分層（hierarchy）解決方案——使用GbE作為平臺間網絡互聯，并且使用SRIO和PCIe作為底板總線交換網絡互聯。使用這種方式，國防和航空系統集成商可以在他們系統中應用交換結構技術。
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GbE，SRIO以及PCIe各有優勢，如果將這些交換結構結合在一起應用于嵌入式軍用系統中，將形成功一種新的能強大的結構。經過應用，主要的芯片，板子大量真實評估，以及主板整體設計，一種被稱為VPX新的高性能底板問世。無論客戶應用采用分布的、集中的，還是混合的網絡拓撲結構，這種存在多種網絡交換的計算平臺，允許用戶選擇最合適的網絡來滿足系統需求設計。
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GbE可以應用于松散耦合系統的鏈接，SRIO, PCIe,或兩個結合使用適合于處理器，外圍設備以及板卡之間的緊密耦合通信簇。用戶可以使用1/10GbE交換網絡建立Intra-Platform Network(IPN)來有效的傳輸IPv4/v6信息包，用戶可以使用標準的電纜連接不同的系統，或者通過標準底板進行板子與處理器間傳輸（參看圖1）。SRIO更適用于組建網狀拓撲結構的數字信號處理器應用，PCIe更適用于核心處理器到外圍設備的高帶寬數據傳輸。
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2.1高性能網絡1/10 Gbe交換
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以太網是目前最普遍的網絡技術。幾乎所有的網絡通信的起始和重點都有以太網連接。這種商業領域廣泛的應用正在影響軍用市場，找到某種方式將網絡中心引入加固國防應用市場。
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Network Centric Warfare (NCW)學說的實現推動了高帶寬、高可靠的IP網絡的戰場通信的發展。隨著國防部對利用現有資源無縫連接到全球網絡的迫切需求，1-GbE網絡交換已經成為鏈接機箱和鏈接板子，組建今天高帶寬IP平臺網絡的首選。
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將來的技術轉向1/10Gbe網絡是很自然的事情，它是一種高速網絡的解決方案，足可以滿足日益增長的苛刻應用需求。為了滿足有效地在平臺資源間傳輸音頻，視頻，控制及管理數據的需求，支持IPv4/v6的1/10 Gbe提供了統一的方法來進行標準數據傳輸。
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通過簡單的在原來系統上增加交換機或PMC交換卡，在VME64x機箱里組建星型或雙-星型網絡來升級原有系統。采用VPX背板的新系統不僅可以允許1 GBE接口，還可以允許10 GBE接口通過背板路由，這樣很容易增加網絡帶寬。
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對于高性能網絡，VPX系統采用類似于VME64X系統的集中交換結構，（例如一個VPX交換/路由卡或者一個X/PMC交換卡）通過GbE連接機箱中的板子，機箱可以采用銅或者光介質鏈接，組建分布式或集中式的網絡拓撲結構（參看圖2）。
VPX技術介紹第一篇
雖然有很多現行的GbE標準，其中的最流行的幾個標準和特性包括：
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1000BaseT，一般用于銅介質背板進行板間或處理器間通信。1000BaseSX(1 Gb/s)一般用于光介質傳輸。XAUI一般用于堆棧或者作為數據干路的10 GbE交換卡。
每個GbE接口是10 Mb/s, 100 Mb/s,和1 Gb/s自適應, 或者通過鏈接代理得到多種速率，提供高性能連接。
以太網未來的標準將會發展到背板上支持802.3ap (一個信道的1000Base,四個信道的10GBaseKX4以及一個信道的10GBaseKR)。
新一代1/10 GbE交換芯片將很快投入市場，每個口運行速度可以在1,2.5,5,和10 Gb/s。
優化的1和10 GbE NIC芯片即將投入市場，它可以通過遠程直接內存訪問(RDMA)和TCP卸載引擎（TOE)消除網絡瓶頸(舉例來說：一個10 GbE RDMA/TOE NIC芯片可以達到800-MBytes/s，并且占用最小的處理器周期進行大的數據傳輸)
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由于采用RDMA和TOE技術減輕了1/10 GbE終端節點的瓶頸和TCP/IP協議握手所花費的處理器額外負載，使得GbE還可以應用到低延遲，高吞吐量和確定操作的嵌入式高性能聚合應用中。
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在商業領域中，1 GbE 和10 GbE 能否迅速的應用到大多數主要的軍用平臺的決定因素，是降低成本提高性能。
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2.2 串行RapidIO 發展壯大
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SRIO, 高速串行交換結構技術，正在多處理器信號處理應用例如雷達，聲納，自動目標識別以及信號智能等高性能數據傳輸扮演越來越重要的角色。SRIO綜合了許多的重要特性，使它比PCI Express和以太網更適合組建大量的處理器間通信的大型多處理器系統。采用傳統的StarFabric或者Race++連接技術構造系統設計師們發現，他們的下一代產品如果使用基于SRIO產品開發會很容易成功。SRIO特性包括：
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每組包括一個發差分兒送及一個接收差分兒（稱為一個信道）1.25,2.5,或者3.125 Gb/s信號速率，每個信道單方向最高可以到312.5 Mbytes/s
每個SRIO口可以有一個或者四個信道，每個口單方向最高的理論數據速度為1.25Gbytes/s
8B/10B編碼以，端對端封包CRC校驗
四級優先權
采用消息和門鈴方式進行有效的處理器間通信。用于高可靠應用的冗余路由。
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SRIO在建立多處理器系統時，與同類產品相比較有很多不同。SRIO為點對點通信設計，支持尋址模型，支持消息傳輸等方式確保高效、快速的數據傳輸。串行RapidIO系統可以構造任意拓撲結構，這對構建變化多端的數據流DSP系統是非常重要的。
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最近軍事及航空信號處理市場最重要的變化是VPX模塊格式的引入。VPX格式協議（包含VITA 46及附件VPXREDI/ VITA 48）利用現代高速串行接口的性能，建立了一個新的COST標準。VSO組織標準定義了VME-以及cPCI-兼容的3U-和6U-尺寸模型，使用當今高速串行網絡比如說SRIO的信號速度的現代背板連接器。VPX標準基于"核心網絡"連接器的概念，充當板間通信媒介，也就是我們常說的"交換串行背板"。在VPX中，核心網絡包含4個四信道 SRIO口。在SRIO 3.125 Gb/s的信號速率時，VPX板可以訪問5 Gbytes/s發送和5 Gbytes/s接收，總共10 Gbytes/s的通信帶寬。當前，幾個領先的嵌入式廠商包括Curtiss-Wright已經發布基于SRIO連接的VPX產品。
VPX技術介紹第一篇
2.3 PCI Express: 高性能接口
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PCIe接口普遍應用于商用桌面電腦，筆記本及服務器中。在大量PC應用中，PCIe的普及有助于降低PCIe交換芯片和PCIe外圍設備的成本。尤其最近，PCIe開始移植到先進的單板計算機和數字信號處理器模塊中，部署于軍用及航空應用設計中。由于在PC市場的普及，使得低成本成為優勢，技術上說，PCIe確實是一種先進的連接技術。它的主要特性包括：
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點對點通信：每個鏈接（點對點連接）可由1，2，4，8，16，或者32信道組成。
每個lane由一個傳輸和一個接收對兒組成，發信為2.5Gband，理論上數據速率為每信道每方向250Mbytes/s，或8信道總合數據速率為4 Gbytes/s。
每個數據位采用8B/10B編碼和每個信息包端對端CRC提供充分的錯誤校驗。
它的信息包承認協議，在錯誤時自動重發，提供端對端可靠數據傳輸不需要軟件控制。
數據流劃分優先次序
它的物理層強制位不規則性來降低EMI（消除長序列1或者0，目的是消除長電平，強制方波）
它的電信號層采用了pre-emphasis/de-emphasis來優化信號完整性，允許低印刷電路和接頭原料成本
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商業PC市場出現了基于PCIe的各種各樣的板子，這些基于PCIe的模塊的標準包括：
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標準桌面PC的PCI Express卡
ExpressCard模塊將替代現今的PCMCIA。
PICMG 3.4 (PCIe on AdvancedTCA)
PICMG EXP.0 (CompactPCI Express)
PICMG AMC.1 (PCIe on Advanced Mezzanine Card)
EPIC Express標準，來自PC/104 Consortium
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由VITA標準組織(VSO)定義的，廣泛應用于嵌入式軍事/航空領域中，基于PCIe的模塊標準，以前發布了幾個版本。包括先前提及的VPX和VITA 42。VITA 42（也稱為VMC"交換Mezzanine卡"）是廣泛應用在VME和CompactPCI PMC格式的擴展。VITA42通過在模塊上增加兩個高速接頭，擴展了最初的PMC協議，VITA42.3補充協議定義了PCIe到新的XMC接頭的映射。這樣，兼容VITA42.3-主卡和mezzanine卡可以通過PCIe進行多個gigabyte/s交換數據，VITA42 可以應用于諸如高解析度圖像引擎和G sample/秒模擬的數據采集模塊等高級應用。
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新的VPX模塊標準同樣采用了PCIe。圖4是代表性的VPX模塊，圖解了Tyco Multigig RT2背板接頭和兩個VITA XMC插槽。
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3. PowerPC處理器
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如今國防和航空系統設計師們在選擇他們下一代DSP系統結構時有著很多的選擇。DSP和通用處理器市場充斥著各種構架的處理器，包括MIPs, X86, ARM和Power構架等產品，他們擁有不同的性能、功率和價格。在眾多選擇中，Power構架成為了能滿足軍用航空系統需求的少數處理器之一。為什么這個90年代初才引入的構架能一直牢牢把握這個特殊市場呢？他未來還能一直領導這個市場嗎？Power構架的演變過程瞄準嵌入式應用，一直保持低功率、高性能的特點。該構架還將繼續演變，以適應未來更復雜的應用。
3.1 Power構架的演變
最初的PowerPC構架是由蘋果，IBM和摩托羅拉公司共同研制的，他針對IBM公司的RISC(Power)構架處理器進行了優化和增強。雖然最早的PowerPC構架針對桌面系統，但是他優化了指令系統結構（ISAs），使其適用不同的應用。Book E是其ISA指令集之一，他是針對嵌入式市場設計的指令集。他只包括一條Book，性能和功耗在嵌入式應用市場是同樣的重要，該指令集很好的平衡了這兩者，使處理器能夠應用到A&D系統。從那時起，向量處理和電源管理的創新使得PowerPC構架又演化成Power構架，嵌入式系統設計師能夠平衡性能和功率因素。
AltVec單指令多數據（SIMD）指令集是重要改進之一，并最終使其演化成Power構架。這個擴展功能于1999年引入，AltVec作為MPC74xx處理器的一部分，蘋果公司的G4 Macintosh系列電腦采用了這款處理器。這個革命也為DSP世界帶來了突破，用戶除了專用DSP芯片有更多的選擇，因為AltVec技術使得處理器內核進行向量處理。許多軍事應用要求支持浮點運算，AltiVec技術可以提供，因為富電源算比定點運算效率更高，但一般需要額外的硬件。軍事和航空應用不像一般的電子應用對成本非常敏感，這些應用對執行效率和支持浮點運算提出更高的要求。有趣的是直到Power.Org官方將AltiVec寫進ISA2.0.3發布版本，在這之前他從來就沒有作為PowerPC構架的一部分。
VPX技術介紹第一篇
表一
今天，對于很多航空和國防DSP應用，AltVec技術都是一種標準的實現方法。他支持多種實時操作系統。專用DSP芯片由于不支持標準的實時操作系統，采用專用DSP芯片比Power構架技術編程更加困難。Power構架允許系統集成師利用大量的第三方供應商提供的高級的工具。
Power構架另外一個重要的優點是低功耗。隨著需求的增長，要求在VME和VPX系統中有限空間內部署更多的處理器，Power構架技術開發商開始在一個芯片內集成更多的處理器內核。例如Freescalse的 MPC8641D雙核處理器就是這樣的處理器。雙核處理器可以釋放出雙倍的性能，但與兩個單核處理器比較卻降低了電源消耗。將更多的功能集成到一個芯片，板子上芯片數量降低從而提高了可靠性和性能。這也節約了板子空間，要知道班子空間對軍事和航空設計師是非常重要的。另外，這樣可以解決更高級的系統功率，因為單個芯片更強大，集成更多的功能。
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3.2 今天A&D應用的革命
Power構架技術在不斷的演化，滿足SwaP（空間，重量和功率）日益增長的需求，適應雷達和信號處理等應用。我們可以發現Power構架技術關鍵的改進在于包含多個內存控制器。這些內置的內存控制器，降低了傳輸延遲，增加內存總線的帶寬，從而提高了系統的速度。這在大量消耗DRAM開款的DSP系統中非常重要，因為這樣的系統總是頻繁的從DRAM中讀數據，處理大量的輸入數據。當高性能內核等待從內存讀取輸入數據時是不工作的，此時沒有處理數據的能力。例如，研祥智能科技股份公司的VPX-1813引擎使用Power構架技術的MPC8640D處理器。采用DDR3 內存橋片，驅動125MHz DDR內存接口，峰值2GB/s。最新的 VPX DSP引擎使用DDR2內存，以兩倍速度運行，并且擁有兩個bank（Discovery III一個），這樣內存速度提高了4倍。
隨著應用需求的不斷變化，圖像處理系統需要龐大的、可升級的多處理器系統。Power構架技術與x86構架處理器比較最大的優點在于內置支持Serial RapidIO互聯技術。Serial RapidIO互聯不像GbE和PCIe互聯，他可以組建仲裁拓撲網絡。Serial RapidIO使用終端和交換模式，是一種真正的點到點多處理網絡技術。終端是處理器自己，他通過鏈接一個或多個Serial RapidIO交換器與其他終端通信。這些終端和交換器共同構成Serial RapidIO網絡或互聯。
Serial RapidIO不像其他互聯技術，他不要求使用專門的拓撲結構，這是非常靈活的，能夠組建很大的系統，最多可達65536個節點，這遠遠超出絕大多數COST系統需求。在多處理器應用中，理想的假定是系統中的處理器高速、平等的彼此互聯，沒有一個處理器具有特殊屬性，不像PCI/PCI Express系統，有一個處理器作為根節點。MPC8641D的Serial RapidIO接口和支持Serial RapidIO的交換芯片，使得板子設計師采用新VPX(VITA46)標準發揮帶寬優勢。
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3.3展望Power構架的未來
帶著嵌入式市場的背景，Power構架在A&D市場已經有了很長的歷史。Power.Org 組織于2004年被授權負責制定構架的開放標準和規范，Power構架技術的未來在很大程度上依賴于該組織。Power ISA 2.03已經發布了，向廣大Power構架的開發商和最終用戶提供了相應的路徑。
雖然系統設計師在集成系統的過程中有很多的選擇，但是Power構架具有許多關鍵性的優點，這些優點有助于簡化板子的設計，降低功耗，提高復雜DSP應用的帶寬。在過去，Power構架技術是低功率、高性能處理器，廣泛用于國防、航空系統，它未來的發展是將向量處理，多內存控制器以及Serial RapidIO等交換互聯技術結合在一起，形成一個高度集成的解決方案。它的發展還將為設計師們節省空間、降低重量和功耗，而這些恰恰是國防、航空系統的關鍵。可以預見，Power構架在未來的國防、航空DSP設計中仍將是最重要的處理器構架。
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4. VPX與VME, VXS區別
很快迎來25周年的紀念，古老的VMEBus仍然不斷演變以滿足當前和下一代系統的需求。VITA41協議在保留VME32/VME64同時擴展了交換網絡互聯。VITA46采用了一百多個串行I/O，取代了傳統的并行總線。VITA48增加了一些功能來實現二級維護，同時定義了液冷散熱。
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由于新的嵌入式國防和航空應用的出現，對帶寬和散熱技術提出了更高的要求。為了滿足這些要求，近日開發出了新型主板結構協議。其中三個最重要的新型協議是VITA 41 VMEbus Switched Serial Standard (VXS)，VITA 46和有關協議，以及VITA 48 Enhanced Ruggedized Design Implementation (ERDI)。
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為了幫助系統用戶理解這些新協議獨特的優勢和真實的差異，這里幫您比較一下他們多樣的特性并突出每一個協議想要解決的問題。系統用戶在選擇一個系統架構時必須考慮的主要技術差異包括：
物理環境
處理器需求和系統內帶寬
外部系統帶寬和連接
保存過去的研發成果以及未來驗證
技術實用性和成本
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總的來看，我們需要特別關注背板連接。因為基本規范VME64X仍然是一個非常重要的技術并仍將使用很多年，我們也同樣需要檢驗如何建立一個VXS，VITA46，和VITA48系統并將其帶入VME64X。
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4.1 廣泛使用的VME
以上所有的三種新協議都兼容老的VME產品，這得用戶可以利用以前開發的主板和軟件，節約成本。
現今，VME總線技術在非常廣闊的領域內應用，包括：
圖像(醫療，軍事)
工業控制
視頻處理
模擬器(飛行，導彈)
雷達/聲納
電子情報
任務計算機
電信系統
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不同應用領域有不同的需求。雷達系統可能需要放置在風冷環境或者噴氣式戰斗機的前端。任務計算機可以簡單的收集、記錄多個1553接口的輸入，也可以接收多個前視紅外線(FLIR)圖像，分析并顯示在多功能顯示器上。電信系統可能需要所有的I/O在前面板，這樣系統可以背對背放置在設備架子上，也可能需要所有I/O連接走背板布線保證整潔的面板，這樣可以迅速確定系統中出問題的卡加以替換。，從而降低平均返修時間(MTTR)。
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在空氣流通或環境良好的環境中中，使用風冷1101.10機械協議。然而，在惡劣的環境，例如噴氣式戰斗機的前端需要使用導冷協議1101.2。
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在系統內部帶寬需求比較低時，協議VME總線就可以提供很好的解決方案。然而，當數據帶寬很高時，例如多視頻顯示系統，或者在多處理器間有高運算負載和數據共享系統中，可以在VME總線主卡的J2連接器上增加二級數據總線例如RACEway，StarFabric或者SKYChannel來提供額外的帶寬。但是，這種方式占用了其他I/O的背板插針，例如PMC I/O，1553，串行通道，GigE，以及其他的I/O協議。不幸的是，用戶沒有任何協議格式供參考，使用這些二級總線。
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VITA 41，VITA 46和VITA 48協議為解決這些設計難題而制定的。然而，每個協議集中，解決這些I/O問題都有所不同。
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4.2 VITA 41
VITA 41是為了滿足高速數據總線需求，為10 GigE，Serial RapidIO，PCI Express，和高級轉換連接等下一代高速串行互聯開發的協議。這些串行協議的共同特點是都可以運行在2 Gbps。在這樣的速度下，標準的VME總線連接器不能工作的。
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與此同時，VITA 41特別注意了與老的VME硬件和老的VME主板的兼容問題。VITA 41背板仍然采用J1和J2連接器作為傳統的VMEbus，不同的是它采用Tyco公司的7排RT2連接器代替原來的J0連接器。RT2連接器是一個高速差分連接器，提供30個差分對兒，其中16對兒作為高速連接定義。J0其它插針，其中一個針用于支持live insertion，剩下的保留將來使用(RFU)。
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圖1展示了20插槽的背板，背板上擁有兩個交換卡。VITA 41卡采用一個中央交換調度（芯片）進行板間通信。16對差分信號被分為兩個雙向4信道串行端口。一個端口都連接VITA 41背板其中一個交換卡上，另一個解決連接到另一個交換卡上。這樣在其中一個集中交換模塊失效時，還有另一個冗余通信路徑。
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廠商可以提供VITA-41，用在客戶定制背板上。這可以滿足需要很高帶寬的應用，超出老的VME總線P0連接器2 Gbaud的限制。
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圖1
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4.3 VITA 46
VITA 46協議使用了類似又不盡相同的方式來解決帶寬問題（參看圖2）。相同之處在于它使用RT2連接器，但不同的是，所有連接器都使用RT2連接器，因此使得所有的連接都支持高速差分信號。VITA 46協議在J2定義了32個差分I/O對兒，而VITA 41值定義了16對兒。
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這種結構提供了一些很有趣的能力。VITA 41設計為雙冗余中央交換，而VITA 46允許用戶設計出分布式的網狀交換系統，因此不會出現由于單獨路徑，或者模塊的失效而導致系統癱瘓的情況。圖2展示4個4信道端口連接到各個模塊。當每個信道運行在3.125 Gbaud時，每個端口的雙向帶寬為2.5 Gbps（由于8B/10B譯碼會有20%的占用）。網狀拓撲的優勢在于能夠開發出更緊湊、占用更小空間的系統，因為不再需要VITA 41中的兩個中心交換槽了。
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在嘗試提升VME總線模塊的帶寬能力過程中，VITA 41使用高速差分RT2連接器代替了VME總線J0連接器。然而，這導致了用戶I/O針的數量大大減少，從205減少到110。VITA 46通過替換VME總線J0和J1連接器，全部采用RT2連接器，在圖2中表出。這樣做有很明顯的優勢。最重要的優勢是使用VITA46，用戶的I/O數量從VITA 41的110個針增加到272個針。并且，這272個針中有256個是自定義的高速差分對兒，每個的數據傳輸速率可達10 Gbps。
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為了利用這些附加的用戶I/O針，VITA46.9定義了XMC和PMC用戶針的協議映射。（XMC和PMC User I/O Mapping for VITA 46）。
圖2
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VITA 46還有一個超過VITA 41的優勢。VITA 46其中的一個連接器P0，被設計為功能連接器。功能連接器連接電源，維護總線，和測試總線。電源支持：48 V @ 16 A 或者12 V @ 32 A，作為高功耗卡的主電源。
5 V @ 16 A 作為低功耗卡的主電源
+12 V @ 2 A 作為模擬以及PMC電壓
?12 V @ 2 A作為模擬和PMC電壓
3.3 V @ 2 A作為輔助電源使用
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4.4?向后兼容
構造有效率系統的插槽數越多，就需要更多用戶I/O，有多種向后兼容的方案。VITA 41和VITA 46都需要一個新的系統背板。VITA 41向后兼容的方案是使用傳統的VME卡，但不使用VME總線上的J0連接器：VITA41采用VME協議的J1和J2連接器與老的VME總線卡通信。在這點上兩個協議都是同樣的。而VITA46的方案是使用一個混合背板，允許老的VME總線卡插入到系統中。圖3展示了混合背板，該背板有五個老的VME槽和5個VITA 46槽。在VITA 46混合背板上，VITA46連接器和老的VME總線間通信遵循VITA46.1（VITA 46的VMEbus總線映射）。
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圖3
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VITA41背板通過放棄VME總線J0連接器的方式，為老的VME卡提供兼容。如果老的卡使用J0連接器，VITA46背板必須要做一些修改，將老的VME總線模塊與VITA41模塊鏈接在一起。
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4.5 3U VITA 46
VITA46背板擁有更多的插針數量，這一優點特別使用在小型系統中。
老的的3U VME總線系統不提供任何背板用戶I/O。VITA46協議提供給系統用戶3U解決方案，在VITA46 總線J1上給用戶提供網狀拓撲，允許用戶使用J2作為用戶I/O。
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VITA46的J2采用的RT2查分連接器提供客戶72個用戶IO針。
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4.6 VITA 48
VITA 48從本質上來說，是一個板型協議，補充了VITA46協議的其他功能。它采用VITA 46協議相同的連接器，并提供所有相同的帶寬和用戶I/O。除此之外，VITA48定義了二級維護協議，通過利用頂蓋來保護模塊電路。它同樣定義了先進的制冷技術，例如液體循環制冷理論。
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為了得到這些優勢，VITA 48定義了每個模塊的槽間距為1" (從0.8"增加到)。通過允許VITA 46模塊插入VITA48背板和機箱，來實現向后兼容。
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4.7?總結
三個新出現的協議各自有各自的特點，來解決不同的系統需求。表1將這些特性列出。
VME總線適用于系統內不帶寬要求不高的系統，他在將來的很多年都會繼續發展及應用。
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VITA 41適合于需要比較高的系統內部帶寬，同時不需要很多的背板I/O，系統物理空間也不受到限制的應用，這些系統多使用前面板I/O。
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VITA 46適合于比較高的系統內部和背板帶寬，同時在背板上需要大量的用戶I/O針。VITA 46非常適合于系統物理尺寸受到限制的應用，3U VITA 46可在背板上提供用戶I/O，而VITA41和VME總線沒有。
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VITA 48也同樣適合于比較高系統內部和背板帶寬，需要大量的用戶I/O針的應用。然而，他的區別在于它為高功耗主板提供液體循環制冷機制。
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5.?采用基于VPX總線的系統迎接航空任務計算應用的挑戰
任務計算應用要求背板構架能夠在惡劣的軍事和航空環境中工作，并且能夠為不同的系統提供可靠平臺。最新的VPX背板標準使得系統集成商能夠在加固平臺上使用最最先進的技術。
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在眾多加固的、開放的嵌入式計算模塊構建應用中，航空任務計算應用無疑是系統集成商們最具挑戰的應用，任務計算機是軟件高度密集的系統，他必須在惡劣的飛機工作環境下處理種類繁多的I/O，并提供可靠的操作。如今，系統集成商可以使用最新的VPX(VITA46)背板標準，利用現代的串行高速互聯通信，提供眾多高速I/O信號，實現這些目標。并且，VPX已經成功的通過了復雜的環境認證過程。
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5.1?任務計算的挑戰
無論是一個升級項目或是一個新的飛機系統，任務計算機都需要解決下面最常見的問題：
很多的I/O
通過配合多處理方案，提供強大的計算能力
有限的尺寸和重量限制
在惡劣的航空環境下工作
在電路板級支持二級維護的概念
要求支持多種I/O
很多I/O的需求
任務計算機需要連接大量的系統，包括數據傳感器（空速，高速，系統狀態），導航子系統，敵我識別單元，雷達，導彈報警傳感器，電子戰傳感器，光電/紅外傳感器視頻，網絡數據連，飛行人機界面輸入，座艙顯示，大容量存儲接口，以及一些其他的設備。事實上，復雜的任務計算機需要連接20-30個不同系統。這些不同的數據接口使用不同的電信號級（RS-422, MIL-STD-1553, Fibre Channel, Ethernet, ARINC-429, DVI, 用戶自定義高速接口等）。
RS-422和MIL-STD-1553等老的總線標準仍然在使用，與此同時，用于高分辨率數字視頻傳輸的DVI以及用于大容量存儲的Serial ATA等較新的標準，也越來越多的采用，使得信號速率到達multi-gibabit范圍內。需要數以百計的I/O信號——這些信號中1Gbps或者更大的數據吞吐率的I/O越來越多，這極大的沖擊著傳統的任務計算系統。所有的這些I/O信號需要散布在系統內不同板級模塊中。為了避免在系統中增加額外的專用I/O模塊，板級I/O數量增長承受著巨大的壓力。
5.2多處理器方案滿足強大處理需求
現今，現代航空電子任務計算是一種軟件最復雜，嵌入式實時應用。操作飛行程序（Operational Flight Program, OFP）是由系統多功能屬性驅動的，極為復雜的程序，他涉及眾多工業領域，包括很多的數據源接收器，以及數百個處理任務。表一列出了主要的處理任務。
任務計算應用的復雜性還在于涉及很多處理類型，他們包括：
需要在某個固定的時間進行周期處理，例如60MHz的顯示刷新率處理
需要進行異步的，基于需求的處理，例如處理飛行或數據鏈輸入
需要高計算量的處理，例如視頻處理
一些任務包含綜合的，有限狀態機邏輯
據估計，像F-16, F-18等先進飛機的OFP程序大小，其源代碼高達5百萬行。
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5.3?系統的需求
進行這些處理需要多個處理器協調工作，OFP也必須拆成小的，易于管理的模塊，方便維護和升級。任務計算的工程師們必將引領面向對象編程技術和用于數據共享的中間件的發展。圖一展示了任務計算機軟件用到的經典軟件分層方法。這些軟件層次進一步增加了處理量，對于多處理解決方案需要更強大的計算能力。
基于多處理解決方案，需要處理器間高效的通信手段，目前，通過在硬件層支持軟件層用到的邏輯中間件總線實現，如圖二所示。高性能，低延遲以及開放標準等特征也是受任務計算機開發工程師青睞的。這些特征可以通過在背板加入Serial RapidIO和Advanced Switching Interconnect（ASI）等互聯利用現代高速互聯技術，滿足工程師們的要求。
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5.4?尺寸和重量的限制
無論是超音速戰斗機還是攻擊直升機，發送攻擊，超高的機動能力，任務計算機總是引領飛機在格斗范圍內戰斗。這迫使系統集成師尋找能夠降低最終系統尺寸和重量的總線結構。對于升級現有飛機的電子設備，任務計算機必須采用傳統的空間尺寸來實現新功能，這個尺寸一般是ATR標準大小。
5.5?惡劣環境下的性能
除了處理眾多I/O，提供強大的處理能力，以及尺寸和重量限制外，系統集成師們設計的任務計算機必須在軍用戰術航空器中遇到的極端溫度，沖擊和振動的環境下仍能可靠的工作。振動一般在飛機是非常普遍的，他包括結構振動，引擎振動，槍炮振動，直升機主要是螺旋槳旋轉振動，產生的總共隨機振動負載大約是20G RMS或者更高。這要求內部的電路板與背板鏈接器鏈接足夠緊密。
貫穿整個可更換模塊的二級維護
一般認為，在整個生命周期內維護一個復雜的武器系統需要的成本要比最初裝備成本高好幾倍。維護系統成本的很大一部分是維修成本——這不僅僅包括實際的維修，還包括返修運輸與備用件儲備的后勤保障成本。
在軍事服務中，通過直接在平臺上拆除和更換可插拔處理板、I/O板等系統模塊，減輕后勤保障負擔的方法逐漸成為主流思想。這消除了傳統的首先拆除系統級黑盒子，然后把它運回庫房以備后續更換可插拔電路板的一步驟。圍繞Line-Replaceable Modules (LRMs)這個概念設計出的系統，在LRM級儲備備用件，取代了傳統的在機箱級儲備備用件。儲備備用件的成本、數量和重量將會減少。
5.6?新VPX標準將會給我們帶來什么？
VPX標準為滿足客戶軍用、航空嵌入式計算系統的需要，支持系統級設計，他解決了任務計算機應用面臨的諸多挑戰。
VPX背板結構的主要元素包括：
基于Tyco公司開發的7排RT-2 MultiGiga連接器設計的高級連接器系統，他提供更多I/O，支持高速的串行鏈接，以及包含ESD（靜電）保護結構
基于標準的0.8英寸厚度的3U和6U模塊兒
擴展結構格式VPX-REDI(VITA-48)標準提供了一個頂蓋兒和一個底蓋兒，他與VPX與一起使得模塊應用二級維護環境
FPGA應用于流處理——是很自然的選擇
輸入信號或圖像數據的高性能流處理，要求FPGA能夠進行可重配置（reconfigurable）計算，同時能夠進行系統及設計，并能解決成本問題。
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6. FPGA應用于流處理
許多軍事和航空應用都要求對實時數據流，或圖像數據流進行高速處理。I/O流處理一般包括濾波，信號調整，校驗和采集。雖然一些流處理應用采用專用ASIC芯片，但是他非常不靈活，并且需要很長的設計周期和昂貴的成本，所以不是一個理想的解決方案。此外，為了滿足處理需要，流處理應用一般需要解決系統問題，例如尺寸大小，重量，功率，開發周期，現場升級和重配置。
多計算系統一般采用具有靈活的通信網絡，基于該系統中的RISC或DSP處理器，用于流處理系統是很自然的選擇。但是，迫于系統成本的壓力，國防和航空客戶只能使用RISC或DSP處理器搭建他們的系統。而現代的FPGA擁有可重配置，很多的邏輯門數量，DSP單元和內置高速穿行口等優點，使得客戶擁有更多的選擇。
6.1流處理系統的特點
在一些流處理應用中，除了有一些回饋信息需要從后期處理階段傳回前期處理階段，數據流動的主要方向還是單向流動。前期處理階段更接近DSP處理，而后期處理更接近于符號處理。處理類型的不同，每個處理階段使用的硬件有所區別，請參考表1
基于多計算系統的流處理是不同的。他包括I/O板（傳感器接口或模數轉換），FPGA處理板，用于浮點DSP運算和其他通用計算的四-PowerPC板，以及用于控制和設備I/O的單板計算機。請參考圖一。FPGA計算引擎通過專用的串行鏈接鏈接系統輸入設備。交換通信網絡鏈接不同的處理單元。
圖一
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表一
6.2使用 FPGA做前期處理
在流處理系統中，現代FPGA技術非常適合做前期處理。Xilinx Virtex-5提供了很大的用戶可用面積，專門的浮點DSP單元和高速串口。該FPGA采用65納米工藝，可以有效的減少漏電電流和靜態功率消耗。65納米工藝還減少了節點電容，并且采用1V核心電壓，這些都有助于減少動態功率消耗。
ExpressFabric結構擁有增強的查找表（lookup table, LUT）結構，該查找表結構有6個輸入。DSP48E DSP塊，擁有25個18-bit乘法器，增強了FPGA浮點運算能力。這些乘法器可以排列成管道或瀑布結構，增加不同濾波器算法的吞吐量。
該FPGA的LXT版本擁有24條高速、低功耗的串行通道，速度從100Mbits~2.3Gbit/s不等，支持很多高速串行I/O標準。此外，還提供Aurora和RapidIO協議的軟核，還包括千兆網和PCI Express使用的專用硬件模塊。
用于流處理應用的商用平臺可以利用Virtex-5 LXT系列的高級特性完成高速早期流處理。例如，基于雙LXT版本FPGA板子的高速串行口可以連接背板，子卡插槽，兩個FPGA，在這些I/O路徑間建立4個信道。每個FPGA使用18對兒（36針）離散LVDS信號鏈接鏈接背板，用于并行傳輸或自定義I/O。
板載多個SRAM和SDRAM bank，確保FPGA 應用能夠擁有足夠的內存帶寬用于存儲和訪問濾波器模塊，暫存運算數據等。當每個內存映射成多口模式時，開發人員擁有很大的靈活進行并行或管道FPGA設計。
6.3將FPGA集成到系統中
這樣的FPGA節點用于前期流處理運算。當該節點物理上鏈接到包含DMA引擎的通信網絡時，FPGA節點缺乏通用處理器管理復雜數據傳輸的靈活性。
例如，DMA的建立和控制一般由外部的通用處理器節點進行處理。支持AltiVec功能的Power構架（PowerPC）Freescale 8641D處理器，可以完成這些任務。初次還可以完成配置FPGA、快速重構，處理器間同步任務、動態調整濾波系數等計算參數的功能。
其中許多任務經過背面控制總線，需要避免打斷SRIO總線上傳輸的數據流。這些功能一般通過操作系統或板級支持包(BSP)函數調用初始化。或者通過通信中間層進行初始化。
流處理應用中的中期和后期處理階段一般采用PowerPC通用處理器處理，板載PowerPC處理器，除了處理FPGA命令和控制任務，還可以類似四-DSP或單板機里的處理器節點，參與中后期處理。這些處理階段通常包含浮點向量計算，使用8641D中AltiVec單元進行處理。在這個體系中的板載PowerPC處理器都會得益于豐富的系統和中間軟件，用戶可以從復雜的集成工作解脫出來，通過抽象出硬件細節，開發出更簡化的應用程序代碼。
開發的加固的、商業板子滿足了流處理應用的需求，它采用6U VPX/VPX-REDI格式，板子上有兩塊LXT FPGA和一個雙核8641D PowerPC處理器（如圖二）。
圖二，CHAMP-FX2
當流處理應用使用這樣的板子時，一般是采用不間斷循環傳輸或者下一個可得處理器傳輸樣式，從FPGA向多處理系統中其他處理器發送數據，FPGA工具集提供驅動和軟件庫，管理這些復雜數據傳輸策略，以及節點配置，溫度和電流傳感器管理，總線訪問控制等板載功能接口，這個工具集還提供IP塊庫，仿真環境，BSP，算法庫和中間件等。
CHAMP-FX2的FXtools工具集中的IP庫提供DMA引擎。這些引擎有的支持輪轉傳輸。有的支持下一個可得處理器（next-available-processor）傳輸下一個可得處理器一般傳輸采用PowerPC驅動的連續鏈DMA模型，或者采用數據驅動的SRIO終端塊兒模型。因為，這些數據傳輸的建立和控制都非常復雜，所以需要使用通用處理器進行控制。
該板子也支持通信中間件，進程間通信（IPC）庫，該庫針對FPGA版本的處理引擎進行了擴展，使用戶通過調用IPC提供的，相對高層次的API函數，管理FPGA 引擎的數據緩沖區和數據傳輸。IPC利用命名緩沖區（named buffer），同步和數據傳輸對象，通過掩蓋底層硬件細節的方式，將IPC移植到下一代高速串行技術，從而簡化系統集成的工作量。
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7.?將FPGA和交換網絡應用到系統中
隨著軍事和航空市場的發展，需要在有限的板子空間和電源電源內，設計出更強大的計算機，滿足日益增長的計算需求，這將是一個很大的挑戰。為了滿足更高的需求，將帶有交換網絡的FPGA集成到系統中是一個可行的解決方案。
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在嵌入式國防和航空領域中，對于相對狹小的嵌入式商業市場，客戶對計算性能需求的增長超過了摩爾定律預言的處理器性能的增長，雷達和智能信號處理等應用對計算性能要求尤其高。
作為COST供應商，CWCEC公司一直在致力于滿足客戶日益增長的計算需求。除了考慮系統性能的提升，他們還需要考慮成本問題，成本問題往往決定了實際系統裝備數量。以前，在平衡系統性能和有限的資金問題時，客戶總是被迫要么自己設計芯片，要么犧牲系統性能和功能。
FPGA曾經由于成本太高和過于復雜不給于考慮，但是今天，它將提供給客戶更多的種選擇，來滿足性能/功能與應用環境/成本的需求。
隨著計算能力需求的增加，客戶對使用FPGA開發性能更強大的應用越來越感興趣。與ASIC相比FPGA具有相對靈活和可重配置的優點。以前，單個FPGA元器件要比集成電路芯片（ASIC）昂貴，而且，FPGA也不容易集成到一個大的系統中。
直到現在，還有前端I/O處理等問題仍然局限著FPGA的使用。近些年COST供應商進行了一些探索改進FPGA產品，包括：增加FPGA門數，用于開發和集成用的軟件，這些改進使得FPGA 越來越流行。圖一展示Viretex-5 LXT最新FPGA，該FPGA為不同平臺提供了解決方案。
圖一
作為使用FPGA的用戶，在選擇FPGA用于應用加速之前，需要考慮很多重要的問題。包括：
算法是否容易在FPGA中實現？
從通用處理器轉移到FPGA會給系統帶來哪些好處？
從FPGA輸入和輸出的是什么數據流？
我該如何將FPGA集成到我的大系統中并保證其正常工作？
客戶的這些問題的答案決定如何將基于FPGA COST解決方案開發的子系統集成進目標系統，快速有效的實現應用算法。對于系統集成，如果采用FPGA方案，第一步需要決定這些子系統的構成是否合適，是否能提高系統性能。
有兩個規則指導客戶作出決定：算法是否大量采用并行處理？算法是否采用定點運算？例如系統包含1維和2維卷積運算，有很多的濾波器（FIR, IIR, comb等），矩陣分解，數字降頻轉換，以及一些波速形成等，這樣的應用可以使用FPGA實現。系統性能可提高10倍到20倍（實際采用算法不同，提高得倍數也不同）。
當系統希望采用COST FPGA板時，首先要考慮硬件，和板子的I/O系統。對于系統集成商I/O系統是非常重要的，他將決定數據放到FPGA進行處理，然后輸出顯示或者作進一步處理。
采用高速串行口將FPGA 連接到串行交換網絡，是今天的FPGA的重大改進，例如RapidIO。這個發展趨勢將提供簡單的，高速的，雙向數據通道，使得數據可以高速傳輸。例如，Xilinx公司的Virtex-II Pro, Virtex-4和Virtex-5都支持高速串行口。
舉一個例子說明COST FPGA板如何實現串行口鏈接。下圖是Curtiss-Wright公司近來發布的6U 基于VPX總線的CHAMP-FXII（參考圖二），板子上有兩塊Virtex-5 FPGA，每一個FPGA 擁有一個4信道的串行口，連接到板載的串行RapidIO交換芯片上。串行RapidIO交換芯片擁有4個4信道Serial RapidIO口，通往背板組成交換網絡。每一個口可以提供雙向2.5GB/s帶寬。這些高速串行數據通道可以鏈接像CHAMP-AV6四PowerPC DSP引擎，或VPX-185單板機等其他RapidIO 互聯的VPX硬件模塊。FPGA物理上集成了Serial RapidIO交換網絡，所以數據流可以進和出FPGA，使系統保持高效的處理。
圖二
現代高性能FPGA 除了提供邏輯單元外，還提供很多其他特性，如分布式的RAM，
block RAM，數字時鐘管理，DSP模塊和硬處理核。一些適合在FPGA中實現的算法可能需要很多臨時內存用于存儲，但是需要的內存數量超過FPGA所能提供的內存，這種情況是非常普遍的。這種情況下需要使用額外內存（這里指SDRAM）。因此，客戶需要尋找COST解決方案，使用內存選項（memory option），平衡輸入輸出數據流帶寬，進行高效的存儲和取回。
有些算法需要小的，快速的隨機內存存取。SRAM適合這種算法。但是，還有一些算法進行大塊數據傳輸，SDRAM比較合適。為了確保適應上述兩種算法，客戶應選擇擁有很多SRAM和SDRAM的bank的COST FPGA板，為附加內存設計和利用提供足夠的靈活。
CHAMP-FXII上的每一個FPGA擁有兩個SDRMA bank，總共512MB，以及4個SRAM bank，總共32MB。CHAMP-FXII采用的SDRAM雙向帶寬可以達到2.2GB/s，SRAM雙向帶寬可以達到4.4GB/s，所以不會產生數據流瓶頸。這些內存是雙口的，給客戶應用提供更多的靈活性。
選擇COST FPGA板另外的關鍵因素是：
用于中斷，客戶總線接口，設備控制等的離散I/O
測量板子和處理器溫度傳感器
測量FPGA應用電流流向的電流傳感器
用于FPGA位流存儲的SPROM或flash
簡化集成工作的FPGA工具
COST FPGA能夠提供的開發工具集是僅次于板子硬件的一個重要因素。專用硬件開發工具集是COST解決方案的一個極其重要的因素，因為他將簡化，加速應用算法整合到板子硬件過程，加快FPGA板整合進多計算系統的過程。這對算法加速問題尤為重要，因為一般是首先考慮通用處理或者基于DSP處理，然后考慮基于FPGA的處理。
COST板供應商一般提供軟件驅動和庫，IP塊兒及其仿真testbench等開發工具集。有很多第三方IP塊兒（例如，www.xilinx.com/ipcenter），但是這些塊兒沒有經過特殊的優化，不能滿足客戶的需要。進一步復雜的IP塊兒集成目前還沒有標準的接口。因此，集成現有商業塊兒改進應用性能仍然是很困難的。
為了解決上述問題，一些COST供應商的開發工具集提供優化IP塊。例如，Curtiss-Wright的統一Fxtools工具集提供優化的通用內連塊接口。這樣客戶可以專注于實現自己的算法，不需要花費時間優化第三方IP塊兒。
很多COST FPGA應用于惡劣環境中。因此，驗證IP塊兒也應該達到主卡設計的溫度范圍。這將確保裝備時，這些優化過的，驗證過的IP塊能夠工作在寬廣的溫度范圍內，并且成功的滿足性能和時序要求（在很多軍事系統中溫度范圍是-40° C 到 85°）。
7.1處理器間通信
系統設計師使用廠商提供的塊兒集成應用，并完成仿真后，集成的下一步是建立處理器間通信，應用命令與控制。與PowerPC等通用處理器相比，FPGA缺少指揮數據移動，設置處理模型的資源，以及其他重要的命令和控制功能。
系統工程師們使用外部處理資源解決這些限制。這些外部資源應該擁有豐富的庫函數，這些庫函數具有高層次的命令功能。系統工程師使用這些乏味的、容易出錯的庫函數，設置寄存器和創建控制結構體（如高級DMA引擎）。庫函數應該提供給系統工程師們簡單，易于上手的函數，處理復雜的DMA命令控制，同步和其他系統任務。
使用專門為FPGA設計的高級處理器間通信中間件解決方案是減少集成時間的另一個好方法。中間件通過管理內存映射，DMA引擎建立，終端服務程序和處理器間同步等任務簡化集成時間，提供簡單的、應用程序級API。
Curtiss-Wright公司的統一IPC軟件是一款用于COST FPGA板子的處理器間通信解決方案。統一IPC中間件將緩沖區，信號量和DMA命令抽象成命名對象，就像PowerPC方式一樣，因此，可以簡化數據傳輸編碼。在系統級調試階段，處理和緩沖區可能在系統中移來移去，這種情況下使用IPC無需重新編寫代碼，因為中間件能夠自動解決新位置的問題，這是IPC另外一個好處。當使用FPGA用作算法加速時， FPGA更像是系統中的一個處理單元。
處理器與FPGA的搭配，除了原來提到的簡化數據傳輸，還有另外一個好處。例如，Virtex-5尤其適合搭配Freescale的雙核8641處理器，因為二者使用相同的RapidIO網絡互聯，除此，8641還有兩個單獨的連接通道，連接到Virtex-5。第一個是可選擇的映射接口，該接口能夠將不同位流源存儲到本地的flash，SDRAM內存或者遠程文件系統中。通過運行在PowerPC上應用發出指令，迅速將位流加載到FPGA中。這對系統適應多模式要求非常重要的。8641提供的第二個連接是本地命令總線。8641使用專門的命令與控制，寄存器設置等訪問該總線，不會破壞進/出FPGA的數據流。
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7.2權衡所有因素
準備在一個大而復雜的系統中，使用FPGA作為算法加速時，有很多因素需要權衡。當考慮COST解決方案時，系統集成師應該了解COST供應商解決了哪些問題，能夠給集成商帶來那些特色和靈活。
posted on 2018-07-21 18:16?Hello+World! 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏轉載于:https://www.cnblogs.com/time93/p/9347530.html
總結
