串行 RapidIO: 高性能嵌入式互連技術

為了滿足靈活性和可擴展性的要求，RapidIO協議分為三層：邏輯層、傳輸層和物理層。圖2說明了RapidIO協議的分層結構。

圖2 RapidIO協議分層結構

邏輯層定義了操作協議； 傳輸層定義了包交換、路由和尋址機制；物理層定義了電氣特性、鏈路控制和糾錯重傳等。

象以太網一樣，RapidIO也是基于包交換的互連技術。如圖3所示，RapidIO包由包頭、可選的載荷數據和16bits CRC校驗組成。包頭的長度因為包類型不同可能是十幾到二十幾個字節。每包的載荷數據長度不超過256字節，這有利于減少傳輸時延，簡化硬件實現。

圖3 RapidIO包格式

上述包格式定義兼顧了包效率及組包/解包的簡單性。RapidIO交換器件僅需解析前后16bits，以及源/目地器件ID，這簡化了交換器件的實現。
邏輯層協議

邏輯層定義了操作協議和相應的包格式。RapidIO支持的邏輯層業務主要是：直接IO/DMA （Direct IO/Direct Memory Access）和消息傳遞（Message Passing）。

直接IO/DMA模式是最簡單實用的傳輸方式，其前提是主設備知道被訪問端的存儲器映射。在這種模式下，主設備可以直接讀寫從設備的存儲器。直接 IO/DMA在被訪問端的功能往往完全由硬件實現，所以被訪問的器件不會有任何軟件負擔。從功能上講，這一特點和德州儀器DSP的傳統的主機接口 (HPI, Host Port Interface)類似。但和HPI口相比，SRIO（Serial RapidIO）帶寬大，管腳少，傳輸方式更靈活。

對上層應用來說，發起直接IO/DMA傳輸主要需提供以下參數：目地器件ID、數據長度、數據在目地器件存儲器中的地址。

直接IO/DMA模式又可進一步分為以下幾種傳輸格式：

1. NWRITE: 寫操作，不要求接收端響應。
2. NWRITE_R: 帶響應的NWRITE（NWRITE with Response），要求接收端響應。
3. SWRITE：流寫（Stream Write），數據長度必須是8字節的整數倍，不要求接收端響應。
4. NREAD: 讀操作。

SWRITE是最高效的傳輸格式；帶響應的寫操作或讀操作效率則較低，一般只能達到不帶響應的傳輸的效率的一半。
消息傳遞（Message Passing）模式則類似于以太網的傳輸方式，它不要求主設備知道被訪問設備的存儲器狀況。數據在被訪問設備中的位置則由郵箱號（類似于以太網協議中的端口號）確定。從設備根據接收到的包的郵箱號把數據保存到對應的緩沖區，這一過程往往無法完全由硬件實現，而需要軟件協助，所以會帶來一些軟件負擔。
對上層應用來說，發起消息傳遞主要需提供以下參數：目地器件ID、數據長度、郵箱號。

表2比較了直接IO/DMA和消息傳遞模式。
表2 直接IO/DMA和消息傳遞的對比
直接IO/DMA 消息傳遞
主機可直接訪問從機存儲器？ 可以 不可以
主機需要知道從機存儲器映射？ 需要 不需要
數據尋址方式 存儲器地址 郵箱號
支持的數據訪問方式 讀/寫 寫
從機軟件負擔 無 有
傳輸層協議

RapidIO是基于包交換的互連技術，傳輸層定義了包交換的路由和尋址機制。