Системный интерфейс CompactPCI иего архитектура CompactPCIмодулей центральных процессоровфирмы INOVA»
1. Что такое стандарт CompactPCI?
1.1 Введение
CompactPCI - это стандарт, описывающий современнуювысокопроизводительную магистрально - модульную систему (конструктив,электрические и логические параметры) для промышленных, телекоммуникационных играфических встраиваемых компьютерных приложений повышенной надёжности. Воснове электрических и логических параметров стандарта лежат спецификациисамого популярного стандарта "офисных" компьютеров - PCI,механическая основа - Еврокарты формата 3U (100х160 мм) и 6U (233х160 мм).
В отличие от обычных PCI модулей для настольныхофисных компьютеров, в CompactPCI-модулях в качестве шинных разъёмовиспользуются высоконадежные пятирядные 235- контактные разъемы с шагом 2мм,соответствующие стандартам МЭК и Belcore. CompactPCI-платы устанавливаются встандартные еврокрейты стоечного, настенного или настольного исполнения слицевой стороны. Каналы ввода-вывода могут подключаться к CompactPCI-плате спомощью разъёмов, устанавливаемых на её лицевой панели или подсоединяются к еешинному разъему, расположенному на тыльной стороне платы.
В отношении CompactPCI, как открытой и стандартнойтехнологии промышленных PCI компьютеров/контроллеров, существует мало кемоспариваемое справедливое утверждение: "Ни один профессиональный инженерне может остаться равнодушным к красоте идеологии, надёжности и функциональнымвозможностям CompactPCI. Ни один профессиональный менеджер не может не оценитьпривлекательность CompactPCI для надёжных долговременных инвестиций".
Стандарт CompactPCI был разработан в 1995 годуспециалистами компаний DEС, GESPAC, I-Bus, ProLog, Teknor, AMP, Ziatech иHybricon в рамках ассоциации PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturer'sGroup).
В настоящее время в ассоциацию PICMG входят более 300фирм-производителей компьютерного оборудования. Основная обязанность членовассоциации - разработка, развитие и поддержка спецификаций систем промышленнойавтоматизации на базе шины PCI. В PICMG входят такие известные компании какIntel, Motorola, IBM, Sun, DEC, Compaq Computers, Texas Microsystems, LucentTechnologies, Mitel, PEP Modular Computers, SBS Green Spring Computers, VMIC иForce.
Первой публикацией PICMG (1995 год) была спецификацияпассивной кросс - платы (backplane), использующей для шин ISA и PCI стандартныйдля РС (дешевый, но ненадежный по сути, малопригодный для промышленныхприложений) способ подключения модулей посредством ламельного, кромковогоразъема (контактные площадки разъема нанесены на кромку платы). Именно наоснове этой спецификации пассивной ISA&PCI кросс - платы производятся такназываемые "полупромышленные" компьютеры.
PICMG разработала спецификации интерфейсныхконтроллеров PCI-PCI (PCI-PCI bridges) для объединения несколько пассивныхPCI-кросс-плат. В настоящее время комитеты PICMG завершили работу надстандартом CompactPCI версии 2.1.
Последние усилия специалистов PICMG направлены наразработку спецификаций стандарта CompactPCI, определяющих возможность заменымодулей без выключения питания в системах повышенной надежности (hot swappingboards in a live system) и спецификаций систем, использующих внутреннюютелефонную шину Н110.
1.2. Области в которых используются компьютерные системына базе CompactPCI.
CompactPCI предназначен создания для компьютерныхсистем реального времени, использующихся в промышленной автоматизации,компьютерной телефонии, телекоммуникационных системах, в системах сбора иобработки данных, в тренажёрах и стендовом оборудовании, в системахспециального (военного) применения и т.п. Шина CompactPCI используется восновном, там, где требуется:
· оптимальные возможности для работысовременных Pentium, PentiumMMX, PentiumPRO, Pentium II, PowerPC, ALPHA,UltraSPARC и перспективных микропроцессоров;
· модульность построения системы;
· промышленная надёжность,устойчивость к температурным воздействиям, вибрации, пыли, электромагнитнымпомехам и.д.;
· уменьшенные вес и габариты;
· простота модернизации и удобствообслуживания;
· малое время восстановления системыи улучшенные характеристики ремонтопригодности;
· средне и высокопроизводительнаяобработка данных;
· поддержка производителем еепромышленных компонентов в течение длительного периода времени;
Вследствие высокой пропускной способности шины PCI,применение CompactPCI-модулей наиболее очевидно для созданиявысокопроизводительных коммуникационных компьютерных систем, надёжныхпромышленных, научных, медицинских и военных систем (промышленные компьютеры иконтроллеры), оптимально использующих свойства современных микропроцессоров ит.д. Возможность замены модуля без выключения питания ("горячейзамены"), делает использование CompactPCI-модулей в подобных устройствахчрезвычайно перспективным.
1.3. Основные особенности и преимущества CompactPCI-компьютеров.
Стандарт CompactPCI, по сравнению со стандартом PCIдля настольных персональных компьютеров, имеет, по крайней мере два важнейшихпреимущества:
· удвоенное количество слотоврасширения пассивной кросс - платы: 8 против 4;
· значительно более приспособленнуюдля промышленных систем механическую конструкцию.
CompactPCI-модули разрабатываются с учетом того, чтоони будут вставляться и удаляться с фронтальной стороны крейта. Модули плотноустанавливаются в крейте с использованием направляющих и, после фиксации,жестко закрепляются винтами.
Конструкция модулей обеспечивает проверенную годамиуспешной эксплуатации схему плотного четырёхточечного крепления и совершенную,столь необходимую для современной КМОП - микроэлектроники, защиту отэлектростатических разрядов при установке модулей в каркас.
Вертикальная установка модулей способствует ихэффективной естественной или принудительной вентиляции.
Используемые в CompactPCI- модулях промышленныеразъемы штыревого типа значительно более надежны, имеют лучшие характеристикипо устойчивости к ударам, вибрации, пыле и брызго защите, чем разъёмыприменяемые для PCI-модулей обычных настольных персональных компьютеров.Сигнальные и питающие контакты CompactPCI- разъема конструктивно выполнены так,что возможна установка и замена модуля без выключения питания крейта, чточрезвычайно важно в системах повышенной надежности и что не реализовано ни в настольныхPCI- компьютерах, ни в "полупромышленных" персональных компьютерах спассивной ISA&PCI магистралью, которые в этом смысле ничем не отличаются отобычных домашних компьютеров.
Каналы ввода-вывода могут подключаться кCompactPCI-плате с помощью разъемов, устанавливаемых на ее лицевой панели(фронтальное подключение) или подсоединяются к ее шинному разъему,расположенному на тыльной стороне платы (тыльное подключение). Тыльноеподключение модулей ввода-вывода особенно важно для систем телефонии и телекоммуникаций,для промышленных систем требующих максимально быстрого ремонта.
Спецификации CompactPCI соответствуют новейшемустандарту IEEE1101.11, который определяет требования к специализированнымплатам подключения модулей ввода- вывода. Это обеспечивает универсальный методподключения каналов ввода-вывода к тыльной стороне CompactPCI-платы.
1.4. Возможность системы CompactPCI иметь более 8 слотов.
Количество установочных мест для пассивной (несодержащей активных полупроводниковых компонентов) CompactPCI кросс - платыограничено 8 слотами (в 2 раза больше, чем в настольных компьютерах!) иопределяется электрическими параметрами кросс - платы. Это количество можетбыть увеличено с использованием интерфейсных контроллеров-мостов которыеиспользуют принцип создания "супер буфера" на стыке пары пассивныхCompactPCI кросс-плат. Прерывания, данные, информация для инициализации платыавтоматически передается между кросс - платами с использованием подобных"мостов" PCI-PCI. Одно из преимуществ использования "мостовPCI-PCI" состоит в том, что можно одновременно запустить обмен данными вдвух направлениях (организовать дуплексный обмен между двумя пассивными PCIкросс - платами). Используя "мосты" можно создать CompactPCI системы,содержащие 20 и более слотов. Интеллектуальные интерфейсные контроллеры PCI-PCI(подобные Intel 960RP) со встроенными RISC процессорами могут быть использованыдля построения очень мощных компьютерных систем, в которых основной процессорможет быть освобожден от обязанностей управления локальной шиной PCI, передаваяфункции управления обменами по шине встроенному RISC процессору интерфейсного"моста".
1.5. Микропроцессоры использующиеся вCompactPCI-системах.
Хотя стандарт PCI изначально был разработан длялокальной шины компьютеров, использующих микропроцессоры серии i80х86, внастоящее время локальная шина PCI используется в компьютерных системах на баземикропроцессоров Pentium, PentiumMMX, PentiumPro, PentiumII, PowerPC, MPC860,MC68360, Alpha, DSP и др.
PCI - самая распространенная локальная шина длякомпьютеров выполненных на базе современных микропроцессоров. CompactPCIявляется 100% электрическим и логическим аналогом PCI, его схемотехникаподразумевает полное использование всего огромного парка недорогихPCI-полупроводников и, как следствие, все названные компьютерные архитектурыреализуются в CompactPCI точно так же.
1.6.Склонность CompactPCI- продуктов к быстромуустареванию.
CompactPCI-продукты рассчитаны на использование вкомпьютерных системах, создаваемых профессионалами, к которым предъявляютсяповышенные требования по надёжности, долговременности использования истабильности поставок конкретных моделей оборудования в течение долгого периодавремени (в отличие от рынка настольных персональных компьютеров, где частаясмена номенклатуры - привычное явление, для которого стабильность выпускаконкретных моделей далеко не главное). Ведущие производители оборудования встандарте CompactPCI, входящие в ассоциацию PICMG (например MOTOROLA, DEC..),имеют многолетний опыт работы на рынке OEM-производителей и системныхинтеграторов, приобрели значительный опыт в создании продукции, защищенной отраннего устаревания. Это достигается очень тщательным отбором электронныхкомпонентов и даже, во многих случаях, создания их запасов на складах фирм, чтообеспечивает выпуск оборудования в течение нескольких лет, даже послепрекращения выпуска производителями составляющих его электронных компонентов.