Sisteme AdvancedMC pentru aplicaţii industriale

21 FEBRUARIE 2009

Prin utilizarea standardului MicroTCA (Micro-Telecom Computing Architecture) este posibilă realizarea unor sisteme bazate pe AMC-uri ce pot fi utilizate dincolo de industria de telecomunicaţii. AMC-urile oferă tot ceea ce este necesar pentru crearea unor sisteme industriale multi-procesor. În acord cu specificaţiile MicroTCA , sistemele sunt mai complexe datorită înaltei redundanţe şi configuraţiilor specifice aplicaţiei necesare în industria telecomunicaţiilor. Prin dispensarea de componentele specifice telecomunicaţiilor, care nu sunt necesare în cazul de faţă, este posibilă reducerea semnificativă a costurilor pentru aplicaţii industriale.

Care sunt originile AdvancedMC?
AMC este un standard industrial de la PICMG şi parte a specificaţiilor AdvancedTCA (Advanced Telecom Computing Architecture). El diferă de sistemele cu magistrale paralele precum CompactPCI şi VME prin utilizarea în backplane a unor interfeţe seriale şi controlând operarea tuturor componentelor hardware prin IPMI (Intelligent Platform Management Interface). ATCA acceptă un mare număr de opţiuni. Specificaţiile de bază (PICMG 3.0) se bazează pe elemente fundamentale, de ex. mecanică, IPMI, diferite topologii şi caracteristicile fizice ale cablurilor. Sub-specificaţiile determină cum sunt utilizate sistemele speciale de transport: Ethernet (PICMG 3.1), Infiniband (PICMG 3.2), Star Fabric (PICMG 3.3), PCI-Express (PICMG 3.4) şi Serial RapidIO (PICMG 3.5). Aceasta asigură faptul că standardul rămâne deschis pentru dezvoltări viitoare. Pot fi implementate simultan, într-o singură carcasă, mai multe protocoale. Cheile electronice verifică compatibilitatea noilor plăci introduse, ceea ce elimină posibilitatea apariţiei unor erori electronice atunci când placa este introdusă greşit într-un soclu necorespunzător. Atunci când cheia este pozitivă, placa poate accesa sistemul şi devine gata de lucru. Specializarea sistemului apare în timpul procesului de configurare.
“T” din ATCA provine de la Telecom. De aceea specificaţiile conţin cerinţe importante pentru sistemele de operare de telecomunicaţii. Precum cerinţele operaţionale de siguranţă (operare, radiaţie, căldură, zgomot, foc, vibraţii şi şocuri), cea mai importantă cerinţă este siguranţa în funcţionare. Sistemele de telecomunicaţii trebuie să aibă disponibilitate de 99,999% ceea ce este echivalentul a unei opriri de 5 minute pe an. Acest nivel de disponibilitate necesită sisteme cu redundanţă integrată pentru prevenirea singularităţilor sau defectărilor. Specificaţiile de bază includ de aceea cerinţe de sisteme de înaltă disponibilitate, precum utilizarea unor componente de sistem duplicat, două surse de tensiune şi nivele separate pentru control şi utilizator. Sistemele de telecomunicaţii trebuie să proceseze un mare număr de transferuri cu perioadă de latenţă mică şi viteză mare. O altă cerinţă pentru sectorul de telecomunicaţii este sincronizarea ceasului cu backplane-ul.

Standardele şi componentele sistemului
Ce sunt blocurile ce constituie sistemele ATCA şi AMC? Părţile principale sunt carcasa disponibilă cu diferite forme, plăcile ATCA şi AMC (Advanced Mezzanine Cards). Carcasa conţine deja 1-2 shelf manager pentru operarea plăcilor ATCA şi AMC, precum şi ventilatoare şi sursă de tensiune. ATCA oferă o gamă largă de funcţionalităţi mulţumită factorului de formă al plăcii ATCA (8U x 160 mm x 12 inch) cu un consum de putere de până la 200 Watt şi specificaţia AMC care permite celor mai mici unităţi cu posibilitate de schimbare în timpul funcţionării, să fie conectate la plăcile ATCA.
Standardele PICMG pentru AdvancedMC sunt similare cu standardul ATCA. AMC.0 oferă specificaţiile de bază, iar specificaţiile ulterioare descriu utilizarea diferitelor sisteme de transport (AMC.1 PCI-Express, AMC.2 Gigabit Ethernet şi AMC.3 interfeţe pentru medii de stocare).
Mai există un standard pentru sisteme care au AMC conectat direct la backplane, de ex. MicroTCA, pentru care versiunea 1.0 a MicroTCA.0 cu specificaţii de bază a fost publicată în Iulie 2006. MicroTCA defineşte utilizarea a până la 12 AMC-uri împreună într-un singur sistem cu ajutorul unui shelf management, management energetic şi funcţii de comutaţie. AMC-urile rămân neschimbate. Funcţiile suplimentare necesare sunt conţinute pe componentele specifice MicroTCA, ca de ex. MCH (MicroTCA Carrier Hub), modulul de putere şi unităţile de răcire.

Arhitectura sistemului de bază
Managementul sistemului şi funcţiile de reţea (Ethernet) sunt parte a arhitecturii de bază a fiecărui sistem AMC. Fiecare AMC este conectat la un dispozitiv manager care verifică configurarea sistemului şi activează sursa de alimentare numai după ce verificarea se încheie cu succes. El reglează de asemenea ventilatoarele în acord cu consumul energetic necesar şi cu temperatura mediului.
Aceste funcţii sunt cunoscute ca şi chei electronice (E-keying), iar managementul energetic este responsabilitatea MCH. MCH-ul poate de asemenea inactiva tensiunea de alimentare a AMC-urilor atunci când acestea trebuie scoase sau înlocuite în timp ce sistemul încă funcţionează. Interfeţele externe precum SNMP sunt de asemenea parte a funcţiei de management.
MCH este conectat cu AMC, ventilatoare şi sursa de tensiune prin magistrală I2C şi protocol IPMB.
Fiecare AMC are de asemenea un controler IPMI cu o sursă de tensiune separată (3,3 V) astfel încât managementul este independent de tensiunea de alimentare a AMC. MCH comută individual cele 12 tensiuni de alimentare pentru fiecare AMC.
AMC dispune uzual de 1-2 conexiuni Ethernet conectate la un switch Ethernet, care este şi el parte a MCH. Acest lucru permite AMC-urilor să comunice fiecare cu sistemul, precum şi cu lumea exterioară prin porturile Ethernet externe ale MCH.
Managementul şi Ethernet-ul nu sunt singurele sisteme de transport într-un sistem AMC. Standardul dispune de spaţiu pentru interfeţe seriale suplimentare pe backplane care pot fi implementate fie ca şi conexiune punct la punct (point-to-point) între AMC-uri sau ca şi conexiune radială la un switch special. Acesta este uzual implementat pe MCH. Pentru AMC-uri şi MCH-uri există o convenţie pentru alocarea porturilor pentru componente. Backplane-ul atribuie porturile între AMC şi MCH.
Comparativ cu sistemele cu magistrală paralelă, backplane-ul unui sistem AMC nu este fix, depinzând de aplicaţie. Standardul furnizează opţiuni pentru alocarea porturilor AMC şi MCH. Dar sunt şi convenţii pentru alocarea acestor porturi. O abordare cunoscută este modul de atribuire a porturilor al Scope Alliance. Cele mai joase porturi de pe AMC şi MCH (ceasuri şi opţiuni uzuale) sunt parte a sistemului de bază (management, semnale de ceas şi Ethernet). Porturile 2 şi 3 sunt rezervate pentru medii de stocare.
Suplimentare există magistrale şi opţiuni extinse pentru PCI Express (porturile 4-7), Gigabit Ethernet sau Serial Rapid I/O (de la portul 8). Este important de separat PCI Express de Gigabit Ethernet sau de Serial Rapid I/O atunci când ambele sisteme trebuie utilizate în acelaşi timp. La implementare fie a PCI Express sau Serial Rapid IO, utilizând porturile AMC 4-7 se activează acelaşi backplane şi aceeaşi carcasă de utilizat.

Capacitate suplimentară cu PCIe, SRIO şi 10GbE
Precum sistemele PC, AMC-urile pot fi conectate cu periferice AMC prin PCI Express (PCIe). Standardul AMC defineşte o linie de ceas (ceas integrat sau CLK3) pentru operarea PCI Express, precum şi linii de date pentru PCI Express cu 1 – 4 conexiuni seriale. În cazul cel mai simplu, conexiunea PCI Express este implementată în conexiune punct la punct pe backplane. Ca alternativă la acest tip de conectare, conexiunile PCI Express pot fi trimise către MCH şi de acolo către soclurile AMC. În acest caz MCH-ul trebuie să dispună de un switch PCI Express.
Standardul AMC oferă mai multe porturi opţionale pentru conexiuni suplimentare între AMC-uri într-un singur sistem. Sunt incluse mai multe conexiuni Ethernet (1 Gigabit Ethernet pe port AMC sau 10 Gigabit Ethernet cu patru porturi AMC) şi Serial Rapid I/O (SRIO, de asemenea cu 10 Gigabiţi pe secundă pentru patru porturi AMC) sau 10 Gigabit Ethernet (10 GbE curent prin combinaţia a 4 porturi). Capacitatea suplimentară este implementată prin MCH şi este cel mai adesea utilizată pentru comunicaţie de procesor într-un sistem multi-procesor. În funcţie de configuraţia sistemului, pot fi utilizate una sau mai multe MCH-uri cu un switch Ethernet sau SRIO.
Atâta vreme cât Ethernet-ul necesită uzual un switch pentru sistemul de bază sau pentru capacitate suplimentară, PCIe poate rula ca magistrală periferică direct prin backplane, incluzând ceasuri PCIe. După cum este uzual pentru CompactPCI, există un soclu CPU pentru conexiunea PCIe. Când devine PCIe, cele patru socluri vecine sunt pentru plăci periferice. Această specializare este, oricum, valabilă numai pentru PCIe. De vreme ce sistemul de bază oferă de asemenea Ethernet, în fiecare soclu poate fi plasat un procesor. Soclurile pot fi conectate între ele prin reţea Ethernet.

Economii pentru aplicaţii industriale
Ca standarde în sectorul de telecomunicaţii, specificaţiile AMC şi MicroTCA sunt foarte stabile şi oferă o bază sigură şi de durată pentru sisteme. Aria de aplicaţie trece dincolo de aplicaţiile de telecomunicaţii tradiţionale. Între aplicaţiile industriale sunt cuprinse şi cele care necesită putere mare de procesare, control şi diagnoză medicală, precum şi achiziţie şi procesare de date cu viteză mare de transfer. Cum pot fi implementate economic aceste aplicaţii fără componente specifice de telecomunicaţii?
Un criteriu important pentru sistemele AMC este utilizarea AMC-urilor standard. Conceptul de management poate fi păstrat (E-keying, management energetic, schimbare în timpul funcţionării, precum şi interfeţe administrative externe). Spre deosebire de sistemele de telecomunicaţii, sistemele industriale beneficiază de următoarele avantaje ce conduc la reduceri de costuri:
– Nu există componente redundante în sistem.
– Fără modul de putere MicroTCA: un backplane activ gestionează comutaţia când plăcile AMC sunt introduse sau scoase. El controlează de asemenea şi ventilatoarele.
– Designul cubic pentru şase AMC-uri sau 12 AMC-uri simplifică răcirea.
– Linii PCI Express şi semnalele de ceas de pe backplane în locul unui switch PCI.
– Operare fără MCH când Ethernet nu este necesar.
– MCH este redus la management şi Ethernet (versiune de bază: switch fără management).
– Formatul cu dublă lăţime permite un CPU complet CPU incluzând grafică şi hard drive pe un AMC.
– Formatul cu lăţime dublă permite reutilizarea CompactPCI.
– Sursă de tensiune pentru diferite performanţe şi tensiuni de alimentare.
Aceste măsuri reduc costurile implementării sistemelor AMC pentru aplicaţii industriale. AMC-urile sunt soluţii solide şi de viitor, în special pentru aplicaţii care necesită câteva procesoare. Primele sisteme pentru utilizare industrială se află deja pe piaţă.

Aplicaţii industriale
Eliminarea componentelor telecom care nu sunt necesare din sisteme AMC sau MicroTCA, precum redundanţa, modulul de putere al MicroTCA sau MCH-ul, generează un computer puternic, robust şi economic pentru aplicaţii industriale. Aceste soluţii prezintă interes în special în aplicaţii care necesită mai multe procesoare, precum procesarea de imagine industrială. Ele sunt de asemenea ideale pentru echipamente de diagnoză medicală.

Autor
Stephan Rupp – Business Development Manager
Kontron Modular Computers GmbH
Sudetenstraße 7, 87600 Kaufbeuren, Germania
Telefon: +49 (8341) 803 425
Fax: +49 (8341) 803 40 425
mail: Stephan.Rupp@kontron.com

Despre autor:
Dr. Stephan Rupp este business development manager la Kontron în Kaufbeuren, Germania. El a lucrat anterior la Alcatel, responsabil pentru integrare de sisteme, dezvoltarea afacerii şi reţele inteligente. Înainte de aceasta, el a dezvoltat sisteme de radiografii digitale pentru Philips Medical Systems. Stephan Rupp este de asemenea implicat în educaţie ca lector universitar şi autor de publicaţii de specialitate.

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