使用 USB 到 PCIe 桥接器访问高速外设

设备上的PCIe将长期存在，您不需要依赖带有大卡的边缘连接器来访问外围设备。通常通过PCI/PCIe通信的设备需要与像复杂的FPGA或MPU这样昂贵的主控制器接口，这限制了这些应用仅用于计算机系统。现在，随着市场上嵌入式处理器组件的丰富，设计师可以在不购买昂贵的FPGA或MPU的情况下访问PCIe。

通过USB使用精简的MCU或SoC访问PCIe外围设备的USB到PCIe桥接计算机是一个绝佳的选择。虽然您通常需要支付高昂的价格才能将多通道PCIe接口集成到您的主控制器中，但一个较便宜的MCU配备USB到PCIe桥接控制器可以通过熟悉的USB 2.0或更高接口访问~Gbps级PCIe外围设备。继续阅读，看看这些设备如何融入嵌入式领域。

接口桥接IC的价值

接口桥接IC的操作理念相当简单：将来自一个高速数字接口的数据作为输入，并在输出时将其转换为不同高速数字接口的信号格式。市场上有一系列这样的组件，旨在提供多个高速协议之间的接口。Microchip的LAN产品线就是一个例子，用于桥接到以太网；一些示例产品包括LAN7430 PCIe到千兆以太网桥接器和LAN7800 USB到以太网桥接器。

对于计算机外围设备或其他高速组件，USB到PCIe桥接基本上像SerDes控制器一样运作。这些组件可以将来自多个PCIe通道的并行数据转换为通过USB 2.0或更高版本的串行数据。这样，数据速率将是PCIe接口或USB接口提供的最小值。确保关注桥接组件支持的PCIe世代；大多数桥接IC支持Gen2。

一些USB到PCIe桥接组件

Diodes Incorporated PI7C9X442SLBFDE

Diodes Incorporated的PI7C9X442SLBFDE提供了一个接口，可在多达3个PCIe通道和四个USB 2.0控制器接口之间进行连接。该设备上的USB端口可以支持所有可用的速度，包括USB 2.0规范下的高速（HS）、全速（FS）和低速（LS）。通过一个集成的开关在PCIe链接和集成的USB接口之间提供路由，封装为126引脚。

Broadcom USB 3380

Broadcom的USB 3380 USB到PCIe桥提供了单个PCIe Gen 2通道与USB 3.0之间的连接。这使得缩减版的FPGA或没有PCIe的高端SoC能够以5 GT/s的速度访问PCIe通道。一些示例应用包括嵌入式系统的SSD、SoMs的访问以及不使用标准边缘连接器直接与高速网络控制器的接口。

MCU、MPU还是FPGA？

FPGA是另一种处理器选项，设计师可以使用它通过PCIe或其他接口访问高速外设。FPGA倾向于包括更多的高速计算和网络接口（PCIe、DDR、以太网等）比典型的MCU。对于MPU也是如此，例如德州仪器的Sitara系列MPU。即使低成本的FPGA不包括PCIe，一个高端组件可能包括一个USB接口或将与高速USB接口接口，所以你仍然可以通过桥接IC访问PCIe。

带有USB的MCU

如果你不是FPGA开发者，但仍然想要通过低成本的MCU、MPU或基于MCU的SoC访问PCIe外设，新的组件将为你提供包括高速USB 2.0接口的选项。主要的IC制造商已逐渐扩展他们的MCU/MPU产品线以支持USB 2.0，你很可能会找到一个额外的组件，它将与USB到PCIe桥接IC接口，并让你访问高速外设。你不会以PCIe Gen 5的32 GT/s运行，但你将能够以~Gbps的数据速率访问紧凑包装中的重要外设。

从编程的角度来看，MCU也更容易处理；我知道许多固件开发者处理各种MCU，但FPGA开发者不那么多。来自主要制造商的这两种类型的组件都有大量的编程支持，包括SDK、IDE和示例项目，因此很容易开始为你的新系统开发。一个例子是Microchip的PIC32 SAM USB系列MCU，它们包括一个以全速运行的USB 2.0接口。这提供了比你在典型MCU中找到的任何其他低速数字接口都要快得多的数据传输速率，以及额外的接口，如CAN和10/100以太网。

更专业的带有USB 3.0的MCU

一些更专业的MCU产品，例如用于USB集线器的，将包括一个集成的USB 3.0接口和集成时钟，用于在3.0标准下实现高数据传输速率。理论上，这些可以与USB 3.0到PCIe桥接器接口，具体用途是在下游组件或外设无法通过USB接口使用时，通过USB访问一个或多个PCIe设备。一个很好的例子是Cypress Semiconductor的CYUSB3xxx系列USB 3.0集线器控制器MCU，它通过I2C与主控制器接口，并提供对4个下游设备的访问。

带有USB到PCIe桥接IC的嵌入式系统的其他部件

PCIe设备对于计算密集型应用程序（如机器人技术和设备上的AI）变得越来越重要，但它们需要其他组件才能正常运行。支持PCIe的高速数字系统需要的一些其他基本组件包括：

• 具有USB外设的高位深度MCU

• 可以支持高速设备的电源调节器

• 其他USB桥接IC

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