Литература / interface / Журнал Мир компьютерной автоматизации - CompactPCI историсоздании свь с VME

Журнал Мир компьютерной автоматизации - CompactPCI: история создания и связь с VME #menu0 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: visible; WIDTH: 130px } #menu1 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu2 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu3 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu4 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu5 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu6 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu7 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } #menu8 { LEFT: 7px; POSITION: absolute; TOP: 125px; VISIBILITY: hidden; WIDTH: 130px } .cur { CURSOR: default } A.text { COLOR: #ffffff; FONT-FAMILY: Arial; FONT-SIZE: 10pt } A.hot { FONT-SIZE: 10pt; decoration: none } P.hot { COLOR: #000000; FONT-SIZE: 11pt; FONT-WEIGHT: bold; decoration: none }

    CompactPCI: история создания и связь с VME

Джим Медейрос, (Jim Medeiros), Ziatech Corporation Статья посвящена техническим задачам реализации электрической спецификации PCI (Peripheral Component Interconnect) в промышленном формате Евромеханика (Eurocard), более известной как CompactPCI. В частности, методам проектирования, позволившим увеличить число слотов пассивной объединительной панели до восьми и одновременно сохранить свойственные PCI эксплуатационные характеристики и целостность сигналов. В число использованных методов входят расширенное имитационное тестирование, высокоэффективный коннектор, объединительные панели с управляемым импедансом и шлейфовая изоляция PCI-сигналов. Обсуждаются также способы применения CompactPCI в гибридной системе вместе с VME. Создание таких гибридных систем возможно благодаря конструктивной совместимости CompactPCI и VME, поскольку обе системы компонуются в соответствии с технологией IEEE 1101.10 и IEEE 1101.11.   Введение

В архитектуре встраиваемых и промышленных компьютеров всегда применялись технологии, разработанные для потребительских рынков, таких как рынок настольных компьютеров. В начале 80-х годов фирма IBM разработала принципы построения настольных компьютеров на базе шины ISA (Industrial Standard Architecture), которая применялась и в таких архитектурах промышленных компьютеров, как STD, STD32, VME и другие. Применение огромного количества созданного для ISA-совместимых машин программного обеспечения значительно упрощало разработку новых изделий и сокращало время их выхода на рынок. Эти черты сохранились и для архитектуры PCI.

Архитектура PCI, разработанная в 1991 году компанией Intel, по номенклатуре созданных для нее периферийных устройств и количеству поддерживающих ее производителей оказалась преемницей ISA-шины. Процессорно-независимая шина PCI используется компаниями Intel, IBM, Apple, DEC, Motorola и другими крупными производителями настольных систем в качестве лучшей шины ввода/вывода 90-х годов. Первоначально PCI-шина предназначалась только для соединения оговоренным способом микросхем, однако вскоре стала использоваться как архитектура для подключения модулей настольных компьютеров и сейчас имеет широкое распространение. Шина PCI уже используется как мезонинная в нескольких шинных архитектурах (Small PCI и РМС) и претендует на чемпионство в борьбе за право стать преемником PCMCIA в виде шины Cardbus.

CompactPCI - это модификация PCI для использования в традиционных крейтах формата Eurorack (Еврокрейт) для промышленных и встраиваемых систем (Рис. 1). Являясь архитектурой с пассивной объединительной панелью, CompactPCI использует штыревой разъём IEC 1076-4-101 с высокой плотностью контактных выводов, шаг 2 мм (разработанный для телекоммуникационных и компьютерных приложений). Механические спецификации удовлетворяют стандарту IEEE 1101.10

Рассмотрим вопросы, связанные с адаптацией PCI-технологии к CompactPCI, а для иллюстрации механической совместимости обеих технологий -пример использования CompactPCI совместно с VME.

Характеристики PCI для настольных систем

Шина PCI разрабатывалась как быстродействующее межсоединение микросхем персональных компьютеров, расположенных на системной плате. Первоначальная её структура определяла процессорно-независимый стандартизированный механизм передачи данных с высокой скоростью при низкой стоимости. Она строилась также в расчёте на простую реализацию в специализированных кристаллах (ASIC). В первоначальной её спецификации предусматривалась и встроенная поддержка технологии plug and play" для безджамперных" конфигураций, и функционирование в условиях отсутствия оконечной электрической нагрузки, однако разъём ещё определён не был.

Технические характеристики РСI Основными характеристикам РСI являются:

Тактовая частота 33 МГц

32- и 64-разрядная передача данных

Мультиплексируемая шина адреса/данных для экономии контактов ввода/вывода

Процессорная независимость

Синхронность

Электрические буферы на базе стандартной ASIC-технологии

Спецификация допускает рефлективную (reflective) коммутацию, но не от случайного сигнала

Хорошо разработанная схема подключения PCI-устройств

До 10 PCI-нагрузок (5 модулей + 5 коннекторов) при максимальной частоте 33 МГц О Рекомендации для типовых реализации О Спецификации РС1 допускают построение более крупных топологий на базе "сложившейся практики использования оборудования, продуманной структуры, применения нагрузочных сопротивлений для материнской платы и т.п."

Определенные вольт-амперные характеристики для PCI-буферов

Совместимые с РСI компоненты ДОЛЖНЫ соответствовать этим кривым

Работа с уровнями сигналов 5 В и 3,3 В

Жесткие требования к расфазировке тактовых импульсов

Максимальный сдвиг по фазе между двумя устройствами при частоте 33 МГц - 2 не

Согласование по времени определено для всех компонентов системы.

PCI-коннектор для настольных систем В версии 2 спецификации РСI предусмотрена необходимость во вставном модуле PCI-адаптера и раскрыты некоторые его конструктивные особенности. Эта версия спецификации - первый широкораспространенный документ, определяющий конфигурации настольных систем, где необходимы PCI-адаптеры.

В соответствии с версией 2.0 для применения в настольных системах определён торцевой (гребенчатый) разъём PCI-модуля Micro Channel. Конструкция этого разъёма ограничивает число допустимых на шине PCI-нагрузок. Каждый адаптерный модуль может иметь только один PCI-компонент, так как в типовых системах с материнской платой каждый коннектор представляет две PCI-нагрузки -PCI-компонент адаптерного модуля и механизм самого коннектора.

Процесс моделирования CompactPCI

Моделирование CompactPCI заключалось в моделировании различных комбинаций PCI-сигналов на контактах разъёма и моделировании системной объединительной панели, нагруженной двумя и более адаптерными модулями.

Анализ разъёма CompactPCI При моделировании CompactPCI использовались те же электрические параметры, что и в спецификации РСI. На различные контакты разъёма IEEE 1076-4-101 подавались комбинации PCI-сигналов, которые изучались на предмет минимизации шумов и перекрестных помех между PCI-сигналами. Коннектор IEC 1076-4-101 - это разъем для соединения адаптерного модуля и объединительной панели, с низкой индуктивностью выводов, соответствующий всем механическим требованиям к системам на базе евромеханических крейтов.

Распределение PCI-сигналов в той или иной мере следовало "предпочтительному" порядку сигналов, определенному в Pel-спецификации для периферийных микросхем. Рассматривалось несколько различных схем распределения, при этом окончательная оптимальная схема по характеристикам превосходила коннектор MicroChannel для настольных систем. Именно эта конфигурация и использовалась в системном моделировании.

Системное моделирование CompactPCI Для системного моделирования CompactPCI были сформулированы требования к системе и выбрана её конфигурация.

Должны допускаться любые совместимые с РСI компоненты

Реализация максимально возможного количества слотов на объединительной панели без снижения характеристик

Возможность реализации PCI-буферов в наилучшем и наихудшем случае

Моделирование полностью нагруженной конфигурации с буферами для лучших и худших условий на частоте 33 МГц

Моделирование слабонагруженной конфигурации с буферами для лучших и худших условий на частоте 33 МГц

Моделирование конфигурации со средней нагрузкой и с буферами для лучших и худших условий на частоте 33 МГц

Расфазировка сигналов в любом PCI-компоненте - не более 2 нc

Время установления сигнала (Трrор) 10 не во всех конфигурациях

Ширина адаптерного коннектора - 0,8"

Конструктив адаптерного модуля должен удовлетворять требованиям на адаптерные модули для настольных систем.

Конфигурация системы После соответствующего анализа для дальнейшего изучения была выбрана восьмислотовая конфигурация. Это вполне приемлемо для многих прикладных систем и, кроме того, для поддержки дополнительных слотов возможно применение мостов "PCI-PCI".

Шлейфовое терминирование Добиться восьмислотовой конфигурации в немалой степени помогает применение в каждом адаптерном модуле для всех PCI-сигналов шлейфовых терминаторов" (stub terminators). В цепь сигнальной линии непосредственно рядом с коннектором устанавливается резистор сопротивлением 10 Ом (для развязки PCI-шины от сигнальных проводников печатной платы). Таким образом к сигнальной среде PCI-шины прикладывается распределенная оконечная нагрузка, минимизирующая звон" сигналов и не нарушающая при этом синхронизацию. Установка терминаторов проста и, по сравнению с достигаемым эффектом, недорога.

Характеристики объединительной панели Для объединительной панели CompactPCI определены следующие параметры:

Характеристическое сопротивление 65 Ом

Согласование длительности синхросигнала с тактовыми импульсами адаптерных модулей для минимизации расфазировки

Расстояние между контактами разъёма 0,8"

Полная 64-разрядная реализация

Характеристики адаптерного модуля Для адаптерных модулей CompactPCI определены следующие параметры;

Характеристическое сопротивление 65 Ом

Для 32-разрядных сигналов максимальная длина сигнального проводника 1,5" (как в настольных компьютерах)

Для 64-разрядных сигналов максимальная длина сигнального проводника 2" (как в настольных компьютерах)

Максимальная длина линии синхросигналов 2,5" 0,1" для адаптерных модулей всех типов

Применение шлейфовых терминаторов для всех сигнальных линий шины (10 Ом, установка на коннекторе)

Каждый периферийный адаптер может иметь не более одной периферийной PCI-нагрузки

Системный слот (процессорный) может иметь не более двух PCI-нагрузок (для установки существующих микросхемных наборов).

Результаты моделирования Моделирование коннектора (оптимальное распределение PCI-сигналов по выводам разъема) привело к значительному снижению уровня помех по сравнению с первоначальным распределением. В основе этих изменений положено чередование линий питания и земли в ряду и надежный контакт, благодаря шагу 2 мм. Общее снижение уровня помех (шума на линии и перекрестных помех) очень важно для уменьшения электромагнитного излучения и сбоев синхронизации, а также уменьшения вероятности сбоя логических схем.

На системном уровне восьмислотовая объединительная панель CompactPCI смоделирована полностью - для всех допускаемых спецификацией CompactPCI случаев буферирования (номинального, наилучшего и наихудшего), то есть, при небольшой, средней и полной нагрузке объединительной панели и разным местоположением управляющих буферов. При моделировании всех сигналов особое внимание уделялось синхросигналам. Анализ расфазировки тактовых импульсов выполнялся в вышеописанных конфигурациях с учетом характеристик существующих кристаллов формирователей синхросигналов.

Восьмислотовая система с полной загрузкой

В системах с полной загрузкой (один системный модуль и семь периферийных) и самым маломощным формирователем сигналов самое худшее время установки всех PCI-сигналов было менее требуемого PCI-спецификацией значения 10 наносекунд. Тактовые сигналы, необходимые для управления сдвоенными слотами с одним буфером (в случае применения шлейфовых терминаторов и специальной схемы соединений) удовлетворяли всем требованиям к расфазировке и форме фронтов.

Восьмислотовая система с небольшой загрузкой

В малонагруженной восьмислотовой конфигурации (системный модуль и один расположенный рядом периферийный модуль) и самыми мощными формирователями сигналов адаптера долго ненагруженные резисторы разъёмов требуют диодных терминаторов на дальнем конце объединительной панели. Эту оконечную нагрузку можно также реализовать в модуле-терминаторе и установить его в самый последний слот. Этот метод специально оговорен в PCI-спецификации для подобных конфигураций. Во всех остальных случаях такое терминирование не нужно.

Гибридные системы CompactPCI/VME В настоящее время, по мере того, как производители стандартных VME-систем пытаются использовать преимущества PCI-технологии без отхода от VME-архитектуры, на рынке начинают появляться гибридные системы CompactPCI/VME. CompactPCI -это не замена, а, скорее, дополнение VME, позволяющее разгрузить VME-шину от некоторых функций ввода/вывода. Также можно сказать, что VME -это дополнение CompactPCI, обеспечивающее такую поддержку периферийных устройств ввода/вывода, которую трудно реализовать с помощью CompactPCI. Популярности и простоте создания гибридных систем способствует несколько факторов, среди которых:

Общий конструктив

При специфицировании CompactPCI был выбран механический конструктив Еврокрейт", который широко поддерживается поставщиками и относительно недорог. Модули CompactPCI и VME при установке их в еврокрейт используют один и тот .же канал связи (благодаря стандарту IEEE PI 101.10 Standard for additional Mechanical Specifications for Microcomputers using the IEEE 1101.1 Equipment Practice). Так как в обеих технологиях принципы компоновки одинаковы, модули CompactPCI и VME легко устанавливаются в одном крейте. В CompactPCI применяется разъём с шагом контактов 2 мм, а в VME - DIN-разъем с шагом контактов 0,1", поэтому установить модули в слоты другой шины невозможно. Этому способствуют и ключи на разъёмах CompactPCI.

Микросхемная поддержка де факте

Еще одна важная причина для использования PCI и VME в одной системе - это то, что все основные поставщики микропроцессоров разработали микросхемные наборы для PCI. Все - Intel, Motorola, DEC и IBM - выпускают наборы кристаллов для недорогого подключения к PCI. Популярны также и мосты PCI/VME (например, UNIVERSE компании Tundra). PCI становится тем наименьшим общим знаменателем для системных архитектур 90-х годов, каким была ISA в 80-х. Стандарт CompactPCI позволяет производителям VME-систем поддерживать PCI-периферию, сохраняя и поддержку периферийных устройств на базе VME.

На рис. 2 показана структура гибридной системы CompactPCI/VME, в которой мостом между обоими интерфейсами служит процессорный модуль. Схема распределения сигнальных линий VME64 по контактным выводам коннектора (шаг 2 мм), позволяющая реализовать интерфейс CompactPCI/VME в одном модуле формата 6U, предложена Ассоциацией VITA. Процессорный слот объединительной панели - это специальный слот, допускающий взаимодействие как CompactPCI, так и VME с одним процессорным модулем.

Выводы

С помощью экстенсивного моделирования и тестирования спецификация CompactPCI, электрически совместимая с исходной спецификацией PCI для настольных компьютеров, была адаптирована к механическим форматам промышленных компьютеров. Для обеспечения в этой архитектуре распределённой оконечной нагрузки, использованы шлейфовые резисторы, что позволило создать восьмислотовую объединительную панель, предназначенную для промышленных систем.

Благодаря общим принципам конструктивного исполнения (Еврокрейт) и уже существующим наборам мостовых микросхем PCI/PCI и PCI/VME, новый стандарт CompactPCI может интегрироваться с VME-системами. Такой подход позволяет разгрузить VME-системы от некоторых функций ввода/вывода либо при необходимости применять VME-интерфейсы в системах CompactPCI.

CompactPCI - торговая марка PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG).

    О журнале | Новости | Архив | Выставки и события | Ресурсы | Подписка | Реклама | Авторам статей

Copyright 2000 © Мир компьютерной автоматизации. Авторские права охраняются. Designed by Jang