新一代機架式服務器Blade Server（刀片服務器），應用iSCSI協議，通過TCP/IP實現網絡存儲，利用Intemet,可將SCSI數據包傳到地球上的任何地方。
筆者著眼于刀片服務器的內部構架和整體方案的介紹，主要論述了基于FPGA的刀片與主板之間PCI數據交換的具體實現方法。

1 刀片服務器系統構架

刀片服務器是一種HAHD（High Availability High Density,高可用高密度）的低成本服務器平臺，是專門為特殊應用行業和高密度計算機環境設計的。每一塊刀片均由"系統服務器主板+控制板"組成，可以遠程啟動Windows NT/2000、Linux、Solaris等操作系統。類似于獨立的服務器，每塊刀片可以沒有獨立硬盤來存儲數據，而是多個刀片共享一個Raid磁盤陣列。在該模式下，每個刀片運行自己的系統，服務于用戶指定的不同用戶群，相互之間沒有關聯，不過也可以通過系統軟件將這些刀片集合成一個服務器集群，在集群模式下，所有的刀片連接起來提供高速網絡環境，實現資源共享，為相同的用戶群服務。用戶若需提高整體性能，只需在集群中插入新的刀片即可。刀片可熱插拔，替換便捷，且維護時間減到最小。
機架中的服務器（刀片）可以通過智能KVM轉換板共享一套鍵盤、顯示器和鼠標，以訪問多臺服務器（刀片），從而便于進行升級、維護和訪問服務器上的文件。單個刀片通過PCI總線連接至主板，刀片中據的傳輸和交換，均通過該通道進行，刀片的實際組成如圖1所示。

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圖1 刀片組成示意圖

刀片在單機架系統中的位置如圖2所示。

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圖2 刀片系統結構

在單機架系統中，用戶交換機與Blade通過RJ45的千兆網接口進行連接，用戶經用戶交換機接入Blade服務器進行數據交換，可以在全球任何地方，由Intemet接入到用戶交換機。集中控制單元具有網絡端口等PC常用輸出端口；分散控制單元（DMU）通過CompactPCI與Blade進行通信；通過232串口與集中控制中心（SMU）進行通信。DMU和SMU共同完成KVM的切換和采集Blade狀態功能。
由于每個Blade沒有單獨的硬盤，所有Blade的啟動都是通過目標服務器遠程啟動，并完成配置以及啟動Raid中預裝的操作系統，同時通過DHCPD（動態分配IP地址）、ADSS、iSCSI為每個Blade分配使用Raid磁盤陣列空間。也即每個Blade都是通過網絡接口啟動系統，所以網絡配置要先于操作系統引導前完成初始化和驅動裝載。

2 PCI局部總線概述

PCI總線是一種不依附于某個具體處理器的局部總線。從結構上看，PCI是在CPU和原來的系統總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現對這一層的管理，并實現上下之間的接口以協調數據的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設，并能在高時鐘頻率下保持高性能。PCI總線也支持總線主控技術，允許智能設備在需要時取得總線控制權，以加速數據傳送。
通用PCI2.2接口信號如圖3所示。在圖3左半部分為必要信號，任選信號列于右邊。其中信號名稱右邊加一個"#"符號表示是低電平有效，未加"#"符號的是高電平有效。根據信號的功能劃分，可分為系統信號組、地址數據組、接口控制組、仲裁管理組、錯誤測試組、中斷功能組、Cache支持組以及其他功能組。

圖3 PCI局部總線引腳圖

3 基于FPGA的PCI數據交換實現

通常PC都是采用本地硬盤來引導操作系統，完成設備的驅動，Blade則通過網絡啟動系統，所以網絡配置要先于操作系統引導，并完成初始化和驅動裝載。為了解決這個難點，我們采用"PCI+FPGA+Flash"結構，在Flash中燒錄雙端口千兆網卡PCI設備的初始化和驅動裝載程序，由CPU在系統上電時加載Flash中的程序到系統內存。由于數據傳輸是PCI總線，而Flash是標準的數據總線，這就存在數據總線轉換的問題，問題解決的方案是通過FPGA完成PCI設備與Flash之間的通信，下面將詳細介紹如何利用FPGA來完成PCI接口和Flash之間的通信。

3.1 FPGA系統邏輯與實現

整個FPGA系統設計基于PCI2.2從設備設計思想，PCI主設備為PCI橋芯片，用FPGA來完成PCI從設備功能，終端為Flash芯片。在FPGA系統中，PCI總線接口部分的設計參數為：PCI時鐘為33 MHz（CLK），32位I/O接口（AD[310]），終端接口可以提供20位或32位數據線。PCI主設備與終端Flash間的通信采用PCI從設備（FPGA）來實現的。在FPGA的邏輯設計中，終端是兼有Memory空間和I/O空間的抽象設備，在實際的設計中終端Flash,只有對應的memory空間。
根據FPGA的模塊設計思想，采用Verilog語言將整個系統按功能進行分塊設計，每個模塊的輸出可以為其他功能模塊提供輸入，各模塊功能和設計思想如下：
"PCI頂層模塊"是系統頂層模塊，完成系統端口各使能開關的定義和調用其他5個功能模塊。
"配置模塊"完成PCI從設備配置寄存器的設置。
"基址模塊"實現兩個功能：1）配置I/O空間和存儲空間（memory空間）的基地址；2）告知PCI從設備狀態機（The State Machine）。
"狀態機模塊"是整個設計的核心，控制PCI主設備到終端的所有數據傳輸。在PCI地址傳送階段，通過采樣C/BE[30]和IDSEL來決定是配置讀寫、存儲空間讀寫還是I/O空間讀寫。
"校驗模塊"對AD[310]和C/BE[30]#信號作奇偶校驗，以保證數據的有效性。
"重入模塊"若PCI從設備進行一個讀寫操作，則必須在6個時鐘周期內（定義PCI從設備為slow=10 b,慢速設備）使能DEVSEL.若PCI從設備進行數據傳送（已經使能DEVSEL），終端在9個時鐘周期內沒有使能READY#,則將告知："The State Machine模塊",終端暫時中止當前的數據傳送，直到傳送條件滿足后，才重新啟動數據傳送。