【产品】井芯微国内首款基于RapidIO GEN2协议开发、国产自主研发的NRS1800交换芯片解决方案

时间： 2023-08-30 来源：井芯微电子公众号

技术问答

RapidlO是面向高性能嵌入式系统需求而设计的一种包交换互连协议，是为满足高性能嵌入式系统需求而设计的一种开放式互连技术标准。具有低时延、高带宽、高可靠、支持任意网络拓扑结构、QoS、支持多播等特性。

NRS1800 是符合RapidlO第二代规范的交换芯片，提供了240Gbps的无阻塞交换能力，最多支持18个端口和48路通道。基于NRS1800的RapidlO互连交换方案，适用于板内芯片到芯片互连、板间互连以及机柜间互连等应用。

1、芯片简介

NRS1800芯片是电子元器件科研重大项目，由天津市滨海新区信息技术创新中心（DTI）及其团队领衔与井芯微电子（天津）有限公司共同研发。芯片是国内首款基于RapidIO GEN2协议开发、国产自主研发，与IDT公司的CPS1848芯片尺寸一致、管脚兼容且功能相同，可用于原位替换（Pin to Pin）IDT CPS1848。

芯片实物图

芯片协议：基于RapidIO 2.1协议（串行），向下兼容1.3协议

芯片尺寸：29x29mm、管脚784个

封装方式：陶封（GJB-B级）/ 塑封（工业级）

软件环境：RapidIO快速配置工具、网络部署和管理工具

硬件环境：OPT功能验证板、性能评估板（DEMO开发板）

技术支持：本地化技术支持服务

2、芯片特性

NRS1800 由四个象限（标号从 0 到 3）组成。每一个象限有 12 条通道（lanes），可以映射到多达 4 或 5 个端口，端口宽度为 1x，2x，4x 的组合。所有端口通过一个开放的交换结构互连。

每个端口和交换结构为维护包提供独立的路由路径，保证了维护包可以从任一 RapidIO 端口访问寄存器。另外 I2C 接口和 JTAG 接口也同样可以用于访问 NRS1800 的寄存器。

RapidlO 接口

支持48 个全双工通道，最多可支持12个4x、18个2x、18个1x 端口组合
每个端口都可选择1.25、2.5、3.125、5 及6.25Gbaud 速率
支持接收端流控和发送端流控机制
SerDes 发端信号幅度和预加重参数可调
SerDes 接收端CTLE 和DFE 参数可调
端口包跟踪和过滤功能

交换模块

峰值240Gbps 的吞吐量，支持18个端口无阻塞交换
存储转发模式和直通（Cut-Through）模式
支持4个RapidIO独立优先级
支持单播、多播和广播路由
支持全局路由和每个端口本地路由模式
每个端口有独立的路由表，支持最多40个多播寄存器组

监控和错误管理

支持RapidIO 2.1规范Part8：错误管理扩展规范
每个端口支持包重传检测、传送统计和错误计数
自己定义的错误处理，包括错误事件历史记录和中断生成
软件协助错误恢复和每个端口复位，支持无缝热插拔功能

其它支持

支持I2C接口主从模式访问
支持JTAG 边界扫描
支持单输入参考时钟
支持全局硬件复位、软件复位
诊断，性能监控，存储器BIST和SerDes BIST检测

3、典型应用

NRS1800可以与其它S-RIO交换和终端协同工作，基于点对点的连接可以支持任意的网络拓扑架构，提高了计算密度、系统性能和电源效率等。NRS1800 的典型应用是嵌入式异构系统应用，比如无线基站、视频图像、雷达和信号处理、医学影像、工业控制等。下面列举几种典型应用。

RapidIO 机柜典型应用

计算板上可以通过 RapidIO 交换芯片把多个异构处理器（CPU、DSP、ASIC、FPGA、PowerPC 和GPU 等）互连起来
交换板上可以使用多片交换芯片，支持任意网络拓扑结构
多个计算板卡通过背板连接到交换板
可以支持多块交换板，实现冗余备份

交换领域典型应用

OpenVPX(VITA65) 、SpaceVPX(VITA78)和ATCA交换结构，支持快速开发模块化、标准化系统
支持任意的网络拓扑结构，简化了热插拔实现
包含Time-to-Live的RapidIO错误管理扩展，支持容错系统
端口包过滤特性可以阻止错误数据包或恶意攻击（拒绝服务，系统内存读写）

4、产品解决方案

NRS1800 评估板

用于评估 NRS1800 芯片的 SerDes 性能、交换性能和各种功能，为用户提供了性能稳定、调试便捷、接口灵活和配置手段多样性的使用平台。

NRS1800对外引出3个AMC B+、1个SMA 阵列、2个QSFP+光模块、4个SFP+光模块、1个Infiniband等丰富的高速接口
2个处理器 SRIO接口，可以灵活对接NRS1800高速端口
1个HDMI高清视频应用接口
灵活的配置方式：I2C、JTAG、处理器和MCU的IIC接口、处理器SRIO接口
可重构的COM-E处理器插槽，支持ZYNQ、PowerPC、DSP等多种处理器
评估板支持独立供电、实时功耗检测及显示

NRS1800 OPT 性能测试板

用于 NRS1800 交换芯片的功能及性能评估，单板交换能力为 240Gbps，也可以用于搭建用户组网测试平台，支持 Tb 级的 RapidIO 交换网络。

对外引出12个QSFP+光模块接口方便用户组网应用，1个SMA阵列
PowerPC架构MPC8548引出1个QSFP+光模块接口，灵活对接NRS1800高速端口
灵活的配置方式：IIC/JTAG调试适配器、处理器IIC接口、处理器SRIO
板卡支持独立供电，支持外部直流电源分析仪供电，方便功耗检测

5、管理软件解决方案

RapidIO 快速配置软件

用来指导用户快速学习使用 NRS1800 交换芯片的各种功能，大大加快客户的应用和开发时间。该软件可以用于 NRS1800 评估板、OPT 测试板，或者客户定制板卡。

寄存器编辑
路由表配置
包产生控制
直接运行脚本文件
屏幕记录功能
寄存器行为监控
链路参数扫描
端口流量统计

RapidIO 网络部署和管理软件

帮助客户远程部署和管理 RapidIO 交换网络，实现路由配置、网络监控的智能化和可视化，极大地提高了工作效率、增加新功能和降低成本。

软硬件融合的一体化S-RIO网络管理方案
图形化显示网络拓扑
灵活可选的网络配置模式
异常检测与错误同步上报
自动显示设备信息以及详情检索
交换设备的远程配置与维护
设备的动态热插拔
流量监控
自由缩放、拖拽与快速定位

6、技术服务

合作方式

我们提供本地化、全方位的技术支持服务，包含：

IP核授权：硬核授权、网表级授权（加密、非加密）以及源码授权
芯片销售：市场推广、技术支持服务
应用解决方案：原理图设计、产品研制服务、调测服务、产品批量生产服务

产品订购信息

两款型号：

NMS1800-A0 FC-CBGA784 0 M

陶封有铅宽温-55℃ +125℃

NRS1800-A0 FC-PBGA784 1 E

塑封无铅工业档-40℃ +85℃

产品包选择

NRS1800芯片（陶封、塑封）
NRS1800 OPT测试验证板（QSFP）
NRS1800 评估板（接口主板，核心板）
快速配置工具+适配器（IIC+JTAG）
网络集中配置管理软件（SDK）
VPX交换板：多片NRS1800互联
NRS1800计算板：FPGA、DSP、PowerPC、FT-C6000等

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