В настоящее время промышленные компьютеры построены в основном на базе пассивной горизонтальной интерфейсной панели (passive backplane), в одном из слотов которой находится процессорная плата. Компьютеры имеют упрочненные металлические корпуса с источником питания повышенной мощности и некоторые специальные средства (реализованные каждым производителем по-своему) для увеличения виброустойчивости, пылезащищенности и теплоотдачи. На этом практически и исчерпываются их конструктивные отличия от обычных офисных ПК. Но при использовании ПК для контроля и автоматизации технологических процессов, в высокоскоростных сетевых и телекоммуникационных системах такая эксплуатационная надежность и ремонтопригодность явно недостаточна. В подобных системах к конструктивам, разъемам и электропитанию предъявляются повышенные требования.
Типовая система на базе PCI Local Bus
В статье кратко изложены важнейшие особенности новой архитектуры Compact PCI, которая позволяет разрешить на современном уровне проблемы, связанные с надежностью и ремонтопригодностью промышленных компьютеров в тяжелых эксплуатационных условиях. При этом обеспечивается высокоскоростной системный интерфейс, живучесть (горячая замена источников питания и отдельных модулей) и возможность расширения шины ввода-вывода.
Типовая система на базе Compact PCI
Compact PCI - это совокупность трех хорошо известных и современных технологий: локальная шина PCI Local Bus, евроконструкция и специальные индустриальные разъемы (соединители). Другими словами, Compact PCI - это приложение стандартной PCI-технологии (воплощенной в богатом многообразии микросхем с программной поддержкой), в конструктивах евромеханики (хорошо известных по стандартам VME и Multibus II), с использованием высокопрочных и высококачественных разъемов (обычно применяемых в телекоммуникационных системах с повышенной отказоустойчивостью).
Стандарт PCI Local Bus, впервые опубликованный корпорацией Intel в июне 1992 г., определяет высокоскоростную магистраль для взаимосвязи высокоскоростных периферийных устройств, интеллектуальных контроллеров и подсистем процессор/память. При этом шина PCI оптимизирована таким образом, что возможны параллельные операции на шине процессор/память и локальной шине PCI.
Евроразмеры плат Compact PCI
PCI Local Bus - это синхронная шина с частотой от 25 до 33 МГц c поддержкой 32- и 64-разрядных данных. Шина PCI Local Bus допускает одновременное сосуществование 32-разрядных устройств с 64-разрядными периферийными устройствами. Для 32-разрядных устройств при 33 МГц PCI Local Bus теоретически может обеспечить максимальную производительность 132 Мб/с, для 64-разрядных этот теоретический предел удваивается.
Разъем для платы 6U
Для поддержки и развития стандарта PCI Local Bus создана организация PCI SIG (PCI Special Interest Group). Более подробно о PCI SIG можно узнать на Web-сервере www.pcisig.com.
На рис. 1 изображена типовая система на базе PCI Local Bus. Подсистема ЦП/кэш/память может быть сгенерирована практически для любого из процессоров общего назначения, известных на сегодня. Шина PCI Local Bus процессоронезависима, и к настоящему времени существуют реализации для процессоров Pentium, Pentium Pro, Pentium II, PowerPC, MIPS, Alpha, а также целого ряда специализированных микроконтроллеров. Для разных процессорных платформ могут быть использованы одни и те же периферийные подсистемы (на рис. 1 дисковые PCI SCSI или PCI EIDE, сетевые PCI LAN), так как они не подчинены архитектурным особенностям подсистемы ЦП/кэш/память. Мост PCI изолирует подсистему ЦП/кэш/память от шины PCI Local Bus.
Дальнейшее расширение и использование в качестве основы PCI Local Bus для промышленных компьютерных систем привело к созданию организации PICMG ( PCI Industrial Computer Manufacturers Group) в мае 1994 г. Цель данной организации - внедрение новых технологий на основе PCI Local Bus для использования в промышленности. Первоначально в конце 1994 г. была предложена реализация PCI Local Bus на базе горизонтальной пассивной объединительной панели. Эта технология наиболее популярна в настоящее время и представлена такими фирмами, как Texas Microsystems, Industrial Computer Source, Pro-Log, Teknor. Затем в 1995 г. инициативная группа PICMG в составе Ziatech (http://www.ziatech.com), Pro-Log (http://www. prolog.com), GESPAC (http://www.gespac.com) предложила технологию использования PCI Local Bus в конструктивах евромеханики и присвоила новой архитектуре название Compact PCI.
На сегоднящий день PICMG (www.picmg.org) объединяет свыше 300 производителей промышленного компьютерного оборудования, среди которых такие фирмы, как Motorola, Intel, Digital Equipment, Sun Microsystems и Mitel. PICMG состоит из восьми рабочих подкомитетов, в которых разрабатываются и стандартизируются следующие технические направления: реализация горячего резерва для Compact PCI, внедрение мостов (bridge) Compact PCI, распределение сигналов для разъемов 6U на Compact PCI, развитие PCI для конструктивов типа Desktop, поддержка VME64 на Compact PCI, поддержка телекоммуникационных TDM шин (MVIP, SCSA, ECTF) на Compact PCI, поддержка мезонинной шины PMC на Compact PCI, поддержка мезонинной шины IP на Compact PCI.
На рис. 2 изображена типовая система на базе Compact PCI. Она включает в себя мастер и до семи периферийных плат Compact PCI. Электрически и логически мастер и периферийные устройства Compact PCI отвечают всем требованиям PCI Local Bus и реализованы на тех же наборах микросхем (chipset), как и существующее оборудование. Фактически это означает, что системы Compact PCI могут использовать все то богатое многообразие микросхем для PCI Local Bus (с их программной поддержкой ) и быть совместимыми со всеми ОС, драйверами и приложениями, реализованными для PCI офисных компьютеров. Также полностью поддерживается технология автоконфигурирования (Plug and Play), унаследованная от стандарта PCI Local Bus. Приведенная схема - только один из типовых примеров реализации системы Compact PCI. В общем случае существует возможность поддержки (через PCI-мосты) дополнительных, независимых друг от друга периферийных шин. Например, существуют системы с двумя мостами Compact PCI, через каждый из которых поддерживается до семи модулей Compact PCI, или так называемые гибридные системы, в которых одна шина - Compact PCI, а другая - типа VME-64, STD, G-64.
Compact PCI использует конструктивы евромеханики, хорошо известные по архитектуре VME. Платы Compact PCI имеют размеры 3U (100x160 мм) или 6U (235,35x160 мм), причем возможно использование тех и других в одной системе. Платы расположены вертикально и соединяются через вертикальную объединительную панель. Вертикальное расположение плат обеспечивает оптимальную и естественную вентиляцию и усиливает стойкость к вибрации и ударам. Объединительная панель может содержать до восьми слотов Compact PCI c шагом 20,32 мм. Обычно в крайний левый слот (для систем 3U) вставляется системная плата, которая отвечает за инициализацию и синхронизацию всей системы. Все платы, а также блоки питания и периферийные устройства вставляются спереди в шасси, что обеспечивает быстрый монтаж или замену. Ширина лицевой планки платы - приблизительно 20 мм, на ней монтируются разъемы I/O, светоиндикаторы или переключатели, что также позволяет оперативно контролировать и управлять специфичными функциями конкретной платы. Евроразмер плат, их вертикальное, а также переднее расположение - все это дает возможность использовать монтажные каркасы и источники питания от систем на базе VME (рис. 3).
Compact PCI использует штырьевые и розеточные экранированные пятирядные разъемы (IEC-1076-4-101) с шагом 2 мм. Разработанные еще в 80-х годах компанией Siemens для телекоммуникационных приложений, эти разъемы предлагаются многими производителями (AMP, ERNI, Framatone). Их отличают улучшенные характеристики при давлении контактов, стойкость к вибрации и ударам, долговечность с точки зрения циклов сочленения - расчленения. Специальные ключи на разъемах предохраняют от неправильного соединения. Большое число сигналов “питание” и “земля” улучшают помехозащищенность и способствуют технологии горячего резерва. Малая емкость позволяет обслуживать до восьми PCI-слотов без использования PCI-моста.
Плата 3U Compact PCI имеет на задней стороне два разъема типа “розетка”, обозначенные J1 и J2, которые вставляются в объединительную панель; они имеют соответствующие штырьевые соединители.
У платы 6U Compact PCI соответственно пять разъемов, обозначенных от J1 до J5 (рис. 4). Разъемы J1 и J2 полностью идентичны у плат с размерами 3U и 6U. Оба размера способны поддержать 32- и 64-разрядную версию PCI Local Bus. Поддержка 32-разрядной версии полностью обеспечивается 110 контактами на разъеме J1. Контакты на разъеме J2, с другой стороны, используются для 64-разрядной версии PCI Local Bus и служебных сигналов для системной платы. При использовании только 32-разрядной версии PCI сигналы на разъеме J2 могут определяться пользователем. Вообще говоря, для систем с размером 6U до 415 сигналов могут быть определены пользователем. Так, при реализации гибридной системы CompactPCI/ VME 180 контактов на разъемах J4 и J5 задействовано для моста VME-64. Подчеркивая важность наличия пользовательских зон, следует обратить внимание на то, что большая часть подкомитетов в PICMG занимается стандартизацией пользовательских сигналов для конкретных шин.
Появление новой архитектуры Compact PCI - событие, сопоставимое по своей значимости с появлением в свое время архитектур VME или Multibus. Вобрав из них самое лучшее и добавив новые современные технологии, эта архитектура переживает в настоящий момент бурный рост. Для многих производителей возможность построения гибридных систем означает, с одной стороны, безболезненный переход на новую архитектуру (с сохранением своих разработок), с другой стороны, предоставляет высокопроизводительную шину PCI и разрешает на современном уровне проблемы, связанные с эксплуатационной надежностью компьютеров для работы в тяжелых промышленных условиях.
С Игорем Бабановым можно связаться по телефону: (095) 457-5781 или по адресу: tt@iineum.dol.ru.
Игорь Бабанов
