9.Развитие магистрально-модульных структур.

Модули процессоров и модули ввода-вывода со встроенными элементамиобработки сигналов обычно объединяются с помощью магистрали, формируя магистрально-модульные структуры (ММС). ММС – это модульная система с магистральной архитектурой.

Достоинства: гибкость, производительность, высокая надежность, широкий диапазон рабочих температур, защищенность от вибраций, пыли и влаги.

Первым промышленным стандартом ММС являлась архитектура САМАС. Модули процессоров с интерфейсными схемами сопрягаются с шиной для взаимодействия с другими модулями (ввода-вывода, памяти) или друг с другом через общую среду связи (каналы, память). Переход на 16-разрядные процессоры и шины связи позволил увеличить производительность и пропускную способность систем управления. С развитием 32-разрядных процессоров параллельная шина стала основной в последующих ММС высокой производительности и многопроцессорных структур типа VME. Представителем современных ММС являются системы PCI/PXI, VME/VXI.

Другое направление развитие модульных систем связано с секционированием большего числа модулей (до 16 и более) в шасси, корпусах с пассивной объединительной задней панелью (VME, CompactPCI и другие).

Следующее развитие это переход от систем с параллельными шинами к быстрым последовательным сетевым архитектурам. Развитие от ММС (PCI, VME и другие) к структурам типа PCI Express (PCIe) с централизованным управлением коммутацией и далее к топологиям многосвязных сетей типа ASI и перспективным модульным архитектурам следующего поколения АТСА.

Наибольшее распространение получили ММС на основе шин PCI и VME.

ММС на базе шин PCI и PCIe

Основной шиной сопряжения остается PCI. Работая на частоте 33 МГц при 32 разрядах, она обеспечивала полосу пропускания 133 Мбайт/с. Последующие спецификации предполагали увеличение частоты и/или разрядности. Далее разработана версия CompactPCI (cPCI). Они обеспечили полосу пропускания 133-533 Мбайт/с. Далее от PCI и PCI-X на последовательные PCI Express (PCIe) и ASI с широкополосными каналами связи. PCIe обеспечивает полнодуплексные передачи с теоретическим пределом скорости 500 Мбайт/с. Линия связи (lane, двунаправленный проводной канал) состоит из 2 пар дифференциальных проводников для передачи и приема сигналов. несколько проводных линий (lane, до 32 максимум) можно сгруппировать в один групповой канал связи с более широкой полосой пропускания. Каждый такой канал (lane) обеспечивает скорость передачи 2,5 Гбит/с, а 32 канала в группе увеличивают скорость передачи до 16Гбит/с в двух направлениях. Возможные конфигурации группировки проводных каналов lane – х1, х4, х8, х16 (полоса частот пропорциональна числу каналов).

В 2007 году была выпущена спецификация PCI Express 2.0, определяющая максимальную пропускную способность lane 5 Гбит/с и сохранение совместимости с PCIe. А к 2009 году должна быть утверждена спецификация PCI Express 3.0 с пропускной способностью lane 8 Гбит/с.

Шина ASI разработана на базе архитектуры PCIe для создания улучшенной коммутирующей среды прямой связи всех подключаемых устройств с поддержкой разных топологий сетей.

ММС на базе шин VME и VPX

Эти структуры были оптимизированы для систем реального времени с 32-разрядными магистральными трактами данных и адресов и поддерживали много ведущих узлов с полным использованием полосы частот процессоров. Задняя магистраль VME обеспечивала гибкость подключения устройств ввода-вывода с помощью соединителей вместо контактов на плате, как у предыдущего поколения систем.

Шина VPX изначально разрабатывалась с учетом накопившихся проблем в военных системах, поскольку адаптация и/или доработка телекоммуникационных или других стандартов, в том числе на базе шины VME, не могла решить эти проблемы.

Реализованные технические решения VPX:

• в стандарте VPX на объединительной панели была определена коммутируемая структура на базе высокоскоростных последовательных интерфейсов.

• модуль VPX может отводить максимум 768 Вт тепловой мощности по сравнению с 90 Вт на один модуль VME.

• предлагаемый срок службы военных платформ составляет от 30 до 50 лет.