Calculatoare embedded modulare

25 IUNIE 2008

Plăcile CPU pentru backplane-uri, care sunt astăzi în majoritate pasive, sunt proiectate pentru implementarea tehnologiei de calcul embedded cu componente modulare: echipamente standard pentru sisteme standard de 19 inch, cu backplane-uri standard echipate cu plăci standard. Toate componentele pot fi achiziţionate cu uşurinţă. Ceea ce face ca sistemul să fie individual, este combinaţia specifică de componente din care este realizat. Acest principiu de proiectare “building block” este practic, flexibil şi oferă o rapiditate mare de lansare pe piaţă (cel puţin din punct de vedere al hardware-ului). El oferă de asemenea operaţii de întreţinere şi integrare uşoare şi convenabile. Suplimentar, prin utilizarea de componente disponibile pe termen lung se asigură o soluţie de rezistenţă în timp.
Astăzi, PICMG a preluat o mare parte din dezvoltarea de standarde de plăci pentru backplane-uri (pasive) în sistemele de calcul embedded. Ca şi PICMG, există de asemenea VITA care este dezvoltată cu standardul VME. Sistemele VME sunt în marea majoritate bazate pe procesoare RISC sau PowerPC. Sistemele X86 sunt de asemenea bazate pe acest standard. Primul standard PICMG a fost PICMG 1.0. Publicat în 1994, acest standard defineşte factorul de formă al CPU şi conectorii către backplane-uri pasive PCI/ISA în acord cu principiul de carduri de extensie. PICMG 2.x (Compact PCI) pentru sisteme bazate pe PC de înaltă disponibilitate şi robusteţe a fost publicat trei ani mai târziu şi oferă o alternativă x86 la VME. Apoi a urmat PICMG 3.x (AdvancedTCA) ca standard pentru sisteme mari embedded, de exemplu pentru telecomunicaţii şi comunicaţii de date, şi AMC.0 ca şi concept de card pentru ATCA. Cel mai nou standard este MicroTCA – un concept de sistem mai mic pentru utilizarea plăcilor AMC la implementarea de sisteme discrete bazate pe comunicaţie serială prin backplane. Iar PICMG 1.3 – ultima versiune a standardului PICMG 1.0 – conţine acum comunicaţie serială de date prin backplane cu PCI Express.

Flexibilitate extremă cu magistrală backplane – PICMG 1.3
În vreme ce sistemele AMC bazate pe standard MicroTCA permit dezvoltarea de sisteme complet noi, PICMG 1.3 păstrează calea bătătorită a predecesorilor săi. Noua caracteristică este extensia conectorului către backplane, care, mulţumită PICMG 1.3, beneficiază acum de numeroase caracteristici: conectorii direcţi (vezi Fig. 1 A-D) pe o placă PICMG 1.3 sunt divizaţi logic în grupuri funcţionale. Conectorul direct A oferă 16 linii PCI Express care pot fi implementate diferenţiat în funcţie de cipset (1x PCI-Express X16 sau 2x PCI-Express X8 sau 1x PCI-Express X8 şi 2x PCI-Express X4 sau 4x PCI-Express X4 sau 16 x PCI-Express X1). Conectorul direct B oferă fie 1x PCI-Express X4 sau 4x PCI-Express X1. Conectorul direct C oferă interfeţe standard până la 2x SATA (pentru SATA II este necesar un driver BLP), până la 4x USB 2.0 şi până la 2x LAN. Conectorul direct D este rezervat pentru magistrala PCI (în acord cu specificaţiile). Suplimentar, există semnale pentru controlul unei surse de tensiune ATX precum şi o magistrală I²C. Numărul de funcţii disponibile poate varia în funcţie de placa gazdă a sistemului (SHB este noul nume pentru plăcile CPU în sistemele PICMG 1.3). Această gamă largă de funcţii diverse, care sunt suportate pe backplane permit multe combinaţii diferite. Pentru soluţii standard există deja o gamă diversă de backplane-uri standard. Proiectele particularizate de backplane-uri sunt de asemenea uşor de dezvoltat şi există deja aproximativ 500 de exemple ce includ backplane-uri pentru carduri de extensie PCI şi PCI Express. Astfel de exemple arată că orice soluţie imaginabilă în legătură cu cardul de extensie poate fi implementată cu PICMG 1.3. PICMG 1.3 poate fi de aceea utilizat pentru toate aplicaţiile existente care au fost proiectate cu specificaţiile anterioare PICMG 1.3. Mai mult, punţile PCI către ISA pot fi proiectate cu uşurinţă pe backplane atâta vreme cât ele sunt suportate de cipseturile selectate. Acest grad extrem de compatibilitate în sens crescător oferă un transfer fără precedent către cele mai noi clase de performanţă pentru aplicaţiile existente. Comparativ cu toate celelalte concepte bazate pe socluri, aceasta are avantajul unic de anticipare a viitoarelor configuraţii PICMG 1.x: schimbarea de la PCI la PCIe este de aceea mult mai uşoară decât este în cazul altor soluţii, ca să nu mai menţionăm SBC. În plus, pe termen lung, orice traseu de nou conector şi orice combinaţie sunt posibile, permiţând migraţia evoluţionară către soluţii particularizate. În acelaşi timp, conceptele testate şi dovedite pot de asemenea fi utilizate, reducând astfel riscurile şi costurile de proiectare. În concluzie, soluţiile PICMG 1.x oferă flexibilitate maximă pentru viitor şi de aceea un potenţial inovativ foarte ridicat cu compatibilitate pe termen lung în sens crescător pentru tehnologiile existente.

MicroTCA serial, compact şi puternic
Dezvoltatorii de sisteme MicroTCA, nu sunt aşa de interesaţi de tradiţie şi compatibilitate. Acest nou standard a fost recent dezvoltat, apărând primele sisteme. O caracteristică particulară interesantă a MicroTCA este amprenta foarte redusă a AMC-urilor şi interfaţa flexibilă către backplane-urile care alimentează o gamă largă de plăci periferice diferite: PCI Express, Gigabit Ethernet, SAS şi Serial Rapid I/O. Perechile de fire (unul pe direcţia “trimite”, celălalt pe direcţia “recepţionare”) sunt combinate într-un port AMC. Într-o singur echipament pot fi implementate simultan mai multe protocoale. Îmbinarea electronică verifică compatibilitatea noilor plăci inserate, eliminând posibilitatea unor disfuncţionalităţi electronice. La un răspuns pozitiv în privinţa compatibilităţii, placa se iniţializează în sistem şi este gata de utilizare. Specializarea sistemului este operaţia de configurare a sistemului MicroTCA, care conţine o combinaţie de până la 12 AMC-uri şi pentru prima generaţie de sisteme un MCH (MicroTCA Carrier Hub) şi module de putere pentru gestionarea nivelelor, managementul puterii şi comutaţie. Modulul de putere (suplimentar sursei de tensiune) este controlat de MCH şi comută tensiunea de alimentare a AMC-urilor.
A avea două componente dedicate managementului sistemului este scump. De aceea Kontron lucrează la a doua generaţie de sisteme pentru a implementa aceste funcţii într-o modalitate mai economică financiar şi din punct de vedere al spaţiului: backplane-ul comută tensiunea de alimentare şi conţine un modul de control pentru funcţiile de comandă ce operează prin MCH. Aceasta permite utilizarea unor surse de alimentare standard economice. Nu mai este necesar un modul de putere. Este de asemenea posibil să se renunţe complet la MCH atunci când nu este nevoie de Ethernet pe backplane. În acest caz CPU preia managementul liniilor PCI Express şi semnalele de ceas de pe backplane. Atunci când această funcţie este implementată pe CPU AMC şi este necesar Ethernet prin backplane, switch-ul cu management poate fi înlocuit de un switch economic fără management. Atunci când un hard drive este integrat pe o placă AMC CPU, nu este nevoie de o magistrală de hard drive pe backplane. Aceste modificări nu schimbă nimic în specificaţiile de bază, dar cu toate acestea permit sisteme rapide AMC deschizând calea către utilizarea sistemelor MicroTCA în alte aplicaţii ca, de exemplu, procesarea imaginilor, control şi diagnoză medicală. Sistemele MicroTCA nu sunt încă la fel de robuste ca şi sistemele CompactPCI 3U sau VITA 46, dar MicroTCA este deja o soluţie atractivă, foarte puternică şi compactă pentru aproape 80% din sectorul industrial. Mai mult, PICMG lucrează în prezent la specificaţiile MicroTCA pentru medii dure. Un alt factor important pentru dezvoltarea de MicroTCA dincolo de industria telecomunicaţiilor, este disponibilitatea plăcilor de I/O. La fel ca şi în cazul plăcilor CPU, Kontron a investit de asemenea în plăci cu, de exemplu, interfeţe Gigabit Ethernet. Diferite AMC-uri I/O sunt deja disponibile, ceea ce înseamnă că un mare număr cerinţe de aplicaţii pot fi îndeplinite deja de sistemele MicroTCA. Mai mult, soluţiile MicroTCA pot fi implementate în spaţii foarte mici.

Ce sistem?
Este loc în piaţă pentru ambii factori de formă, ţinând cont de faptul că MicroTCA, în forma sa finală, oferă rezistenţă şi ocupă o amprentă foarte mică, în vreme ce PICMG1.3 este concentrat pe calea evoluţionară economică a cardurilor de extensie PC existente. Pentru servere, de exemplu, camerele de control industrial şi cutiile de semnale pentru roboţi, plăcile PICMG 1.3 sunt factori de formă CPU eficienţi cu opţiune de utilizare a tuturor plăcilor standard în acest segment. Atunci când sunt necesare sisteme mai compacte şi mai robuste, MicroTCA este factorul de formă potrivit. CompactPCI în format 3U şi 6U vor continua să fie un domeniu pentru sisteme bazate pe PCI care sunt foarte cunoscute astăzi. VME îşi va păstra locul bine stabilit chiar dacă în această zonă este o continuă tendinţă către noi factori de formă. Când vine vorba de PICMG 1.x, PICMG 1.3 va deveni standard pentru cele mai noi proiecte, chiar dacă ele necesită numai PCI, deoarece toate plăcile existente pot fi încă utilizate cu backplane-ul potrivit.
Autori:
Claus Giebert – Product Manager la Kontron. Responsabil pentru soluţii PICMG 1.3 precum servere KISS.
Peter Ahne – Product Marketing Manger la Kontron. Responsabil pentru plăcile AMC şi sisteme MicroTCA.

Reader contact EMEA
Kontron AG
Tel: +49 (8165) 77-777
Fax: +49 (8165) 77-279
sales@kontron.com
www.kontron.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre