Новый аппаратный стандарт

В начале 1995 г. в рамках PICMG (Международная ассоциация развития «промышленного» PCI) была сформирована рабочая группа из представителей компаний Prolog, Ziatecli. DEC, AMP, GESPAC, Force Computer, ERNI, VMIC, IBM, Texas Microsystems и др., целью которой стало изучение возможности использования PCI в качестве системной широковещательной шины, пригодной для создания широкого класса надежных промышленных/военных встраиваемых приложений.

Основные идеи разработки:

использование недорогих стандартных PCI полупроводниковых компонентов;

100%-ное использование электрических и логических характеристик шины PCI 32/64 бит;

применение стандартного промышленного евроконструктива 3U (100×160 MM)/6U (233×160 мм) как наиболее популярного в мире формата;

поддержка не менее восьми слотов расширения на пассивной объединительной магистрали;

обеспечение эффективного конвекционного и кондукционного охлаждения модулей в системе;

использование ключевых мезонинных технологии гибкого ввода/вывода: IndustryPack и РМС;

максимальная простота интеграции со стандартными промышленными шинами типа VMEbus;

" горячая" замена модулей ввода/вывода:

создание открытого (не частной фирмы) стандарта. поддержанного группой независимых компании-производителей совместимых компонентов.

Удовлетворение всех этих требований — весьма непростая задача. Необходимость поиска технологического и маркетингового балансов при генерации нового стандарта требует серьезных усилий, где успех не гарантируется. Несмотря на сложность, специалисты консорциума предложили удачный, если иметь в виду техническую и маркетинговую сторону дела, вариант решения. Путь, выбранный разработчиками для создания и поддержки спецификации нового стандарта, — кооперация и открытость — очень хорошо зарекомендовал себя при разработке и стандартизации популярнейшего стандарта VMEbus. В этом смысле не случайно, что многие компании — разработчики и производители CompactPCI являются и членами Международной ассоциации VITA, чей кооперационный потенциал способствовал большому успеху VMEbus (DEC, Motorola. PEP Modular Computers, VMIC, IBM, Force, AMP и др.). Почти год работы опытных специалистов независимых компаний ушел на поиск возможного решения. В конце 1995 г. была представлена Спецификация версии 1.0 нового стандарта, получившего название CompactPCI.

Спустя 2,5 года можно с уверенностью сказать, что совместные усилия фирм-разработчиков не пропади даром. CompactPCI стал общепризнанным промышленным стандартом. Достаточно сказать, что на OEM-рынок Compact PC 1-компонентов пришли даже такие крупные компании, как Motorola и SUN. Общий рост объема продаж CompactPCI-компонентов за два последних года вырос с 0 до более чем 200 млн долл. США.

Каковы ключевые особенности стандарта CompactPCI? На чем основана логика его успеха?

1. CompactPCI полностью совместим с электрической и логической спецификацией PCI vcr. 2.1.

Характеристика шины PCI v.2.1:

Тип шины Мультиплексируемая синхронная Разрядность, бит. 32 или 64.

Тип процессора Процессорно-независимый Число слотов 4.

Расширение Мосты PCI-to-PCI.

Максимальная пропускная способность, Мбайт/с 132(32бита) или 264(64 бита).

(33 МГц) Средняя пропускная способность, Мбайт/с 64.

Арбитраж Простой одноуровневый Логика Преимущественно CMOS, 5/3.3V.

• 2. CompactPCI использует любые широкодоступные РС1-полупроводниковые компоненты, выпускаемые в огромных количествах и потому недорогие: кристаллы графики, сетей, дисковых подсистем, мостов с собственных шин различных микропроцессоров, мостов на другие популярные интерфейсы и т. д. и т. п. Это означает, что любое ПО, работающее на desctop PCI-компь-ютерах, без какой бы то ни было модернизации будет работать и в CompactPCI-системе. или. по-другому, готовая плата PCI ввода/вывода для настольной машины может быть прямо переведена в стандарт CompactPCI без изменения схемотехники и ПО. Важнейшим фактором является и низкая стоимость серийных компонентов PCI, в большом количестве используемых на офисном рынке.
• 3. CompactPCI основан на общепринятой промышленной/военной технологии создания высоконадежных встраиваемых систем: пассивной объединительной магистрали.

Первый слот системный, второй—восьмой слоты — расширения. Это стандартная магистраль как для 3D, так и для 6U системы.

4. CompaclPCI использует самый популярный механический формат для промышленных ММС: Европлаты форматов 3U и 6LJ. полностью аналогичные механическому формату наиболее популярных промышленных шин VME, G64/96. STD32 и др.

Конструкция модулей CompactPCI кроме всем известных характеристик Евроконструктива обеспечивает защиту от электростатических разрядов при установке модулей в каркас, что чрезвычайно важно для обеспечения надежной эксплуатации современной КМОП — микроэлектроники. Еврокрейт в стандарте CompactPCI формата 6U (мод. СРХ2108 компании Motorola с процессором CPV5000/PentiumMMX).

5. CompactPCI гарантирует возможность организации ввода/вывода как через переднюю панель, так и через дополнительные тыльные разъемы для систем, требующих максимально быстрого ремонта/восстановления.

Три последних тезиса означают, что независимым производителям механических компонентов (каркасов, стоек, вентиляционных подсистем, источников питания. промышленных UPS и др.) практически не нужны дополнительные инвестиции в разработку новой технологии. Евромеханика доступна от широкого круга независимых производителей.

Это также говорит о том, что стандарту органически присуща возможность функционирования и условиях повышенных требований к виброи термостойкости благодаря проверенной годами эксплуатации конструкции и компоновке плат, легко вентилируемых и доступных для замены. И, наконец, это свидетельствует о простоте интеграции в единую систему, учитывая единую механику и наличие полупроводниковых мостов, СоmpactPCI — аппаратуры и большого спектра оборудования в иных евромеханичсских стандартах.

6. CompactPCI процессорнои программно независим.

С использованием шины PCI сегодня строятся вычислительные устройства на базе процессоров PowerPC, Alpha, Pentium, PentiumMMX, PentiumPro, Pentium II, MPCS60, MC68360. Ultra-SPARC, MIPS, DSP… Может быть задействована любая операционная система: как общего назначения — MS-DOS, Windows 3. xx/95/NT, версии Unit… так и реального времени — OS4, VxWorks. pSOS+, LynxOS, ONX.

• 7. CompactPCI обеспечивает работу по технологии Plug & Play. На его модулях отсутствуют традиционные джамперы для конфигурирования адресов, векторов и т. д., что существенно повышает их надежность и удобство эксплуатации.
• 8. CompaclPCI является открытой технологией. Спецификация стандарта общедоступна, курируется и распространяется независимой ассоциативной организацией производителей и пользователей PICMG. Спецификация CompactPCI распространяется свободно, за чрезвычайно умеренную плату. «Короткая» спецификация предоставляется бесплатно.
• 9. CompactPCI использует стандартный высококачественный. высоконадежный штырьковый системный разъем. Действительно, в CompaclPCI применен популярный в мире телекоммуникаций международно стандартизованный разъем. Впервые разработанный фирмой Siemens для собственных телекоммуникационных приложений системный разъем CompactPCI сегодня выпускается несколькими компаниями, в частности АМР, Framatom, ERNI, и стандартизован как МЭК 1076−4-101.

Задача выбора системного соединителя чрезвычайно ответственная. Он должен быть компактным, обеспечивать высокую надежность, малые величины емкостей между контактами для работы быстрой шины, промышленные требования по пылебрызгозашите и вибростойкости, обладать повышенным иммунитетом к шумам, допускать большое число вставок/удалений модулей, быть защищенным от ошибочного включения, отличаться широкой распространяемостью и доступностью, обеспечивать возможность развития спецификации и т. д.

• 10. CompactPCI использует 235-пиновый пятирядный разъем (47 пин в ряду с шагом 2 мм), из них 124 пина — для PCI 32-битного, 55 пин для PCI 64-битного, остальные — для дальнейшего расширения it питания. Во многом именно качество выбранного системного разъема определило возможность создания системы с удвоенным по сравнению с desktop-вариантом, числом слотов расширения.
• 11. CompaclPCI предоставляет существенно большие возможности расширения, чем это предусмотрено is базовой PCI-спецификации v2.0. Действительно, последняя стандартная PCI v2.1 спецификация предусматривает максимум 4 слота расширения без использования дополнительных мостовых соединений. CompaclPCI допускает установку максимум 8 слотов расширения без применения специальных мостовых PC1-PCI кристаллов. С помощью мостовых схем PC1-PCI число слотов расширения можно увеличить. Скажем, Motorola выпускает 6U CompactPCI промышленные компьютеры с 15 слотами.
• 12. CompaclPCI имеет все возможности для специфицирования «горячей замены/hot swapping» для своих модулей. т. е. замены модулей в работающей системе, без ее выключения, что чрезвычайно важно для систем, обслуживающих процессы с непрерывным циклом, и телекоммуникационных систем. Пока такой возможности реально CompactPCI не обеспечивает. Это один из вопросов дальнейшей работы над стандартом.
• 13. CompaclPCI допускает возможность простой интеграции с традиционными системами на базе VME. G96, STD… Технологии такого объединения — предмет стандартизации в рамках CompactPCI, в первую очередь с VME-системами, имеющими гигантскую номенклатуру и наибольшее распространение на рынке встраиваемых приложений. Возможность и логика такой интеграции изначально, органично, «с детства» заложена как в саму философию PCI, так и в его евромеханическую версию CompactPCI тем более. Для того чтобы это понять, достаточно посмотреть на общую концепцию вычислителя с архитектурой PCI, в соответствии с которой выполняются все разработки на основе PCI. В самом общем виде она изображена на рис. 2.