Мобильные вычислительные комплексы, устанавливаемые на подвижных, а также стационарных объектах воздушного, морского и наземного базирования, строятся с учетом особенностей системной шины CompactPCI. Она позволяет объединять программируемые интегральные логические схемы (ПЛИС) в блоки и модули с развитой топологией и уникальной архитектурой.
Общая информация
Стандарт CompactPCI предусматривает применение ПЛИС формата PICMG. В них используются разъемы AirMax VS, разработанные компанией FCI Americas Technology (США).
Существует два типоразмера (форм-фактора) таких плат – 3U и 6U. В первом случае размер платы 160 на 100 мм, во втором – 160 на 233,35 мм. Их интерфейс содержит два типа слотов:
- Системные.
- Периферийные.
Системные поддерживают по 8 интерфейсов SATA/SAS и PCI Express (из них семь каналов по четыре линии и один на 16 линий). А также по 8 линий USB (2.0 или 3.0) и такое же количество каналов 10GBASE-T (Ethernet). На одном слоте форм-фактора 3U может быть рассеяно до 60 Вт, на 6U в два раза больше – 120 Вт.
Периферийные же – один канал PCI Express (PCIe) на 16 линий. А также интерфейсы USB, SATA и восемь линий 10GBASE-T.
Производительность одной контактной пары AirMax VS не менее 12 Гбит/секунду, что соответствует стандарту PCI Express Gen.3. После разработки PCI Express Gen. 4 скорость увеличилась до 16 Гбит/секунду. Что повлекло изменение конструкции (диаметр и длина пинов) разъемов.
В чем достоинства CompactPCI
Он упрощает разработку мобильных комплексов на основе контроллеров и кросс-плат, позволяя использовать шасси разных производителей. А также обладает рядом эксплуатационных преимуществ. К ним относятся:
- Возможность построения многопроцессорных гетерогенных информационных и вычислительных систем.
- Поддержка резервирования модулей.
- Возможность производства горячей замены.
- Эффективное охлаждение элементов.
- Устойчивость к механическим воздействиям.
Все это позволяет строить на его основе мобильные вычислительные комплексы, способные работать в экстремальных условиях. В том числе в автономном режиме.
Семейство стандартов CompactPCI
Платы PICMG, создаваемые на основе стандарта CompactPCI с 1999 года, прошли несколько этапов модернизации и составляют развитое семейство, имеющее общие черты и свойства, но отличающиеся по архитектуре. На сегодняшний день оно состоит из четырех представителей:
- Параллельная 32- и 64-разрядная PCI шина 2.0, обеспечивающая передачу данных со скоростью (соответственно) 1 и 2 Гб/секунду. Появилась в 1999 году.
- Гибридная PCI шина 2.16, разработанная в 2001 году. В ее интерфейс включено два канала Ethernet. Скорость передачи данных до 4 Гб/с.
- Шина Plus I/O. Ей присвоен индекс 2.30, она выпущена в 2009 году. В интерфейсе 64-разрядная шина PCI, два канала Ethernet и четыре PCI-E. Производительность до 25 Гб/с.
- CompactPCI Serial. Разработка 2011 года. Индекс cPCI-S.
Последний представитель семейства, получивший рабочее название Serial, в настоящее время модернизирован по стандарту PCI Express Gen. 4. Который обеспечивает передачу данных со скоростью до 600 Гб/с.
CompactPCI Serial
Это современная генерация стандарта PICMG 2.0, в основе которой стандарт PCI Express. Спецификация и распиновка поколения Serial разрабатывалась в рамках общего тренда перехода от системных шин параллельной архитектуры к последовательным интерконнектам формата «точка – точка».
Это позволило существенно увеличить скорость обмена информацией – более 600 гигабайт в секунду. А также применять топологию типа Mesh и «Звезда».
Распиновка контактов CompactPCI Serial
Спецификация CompactPci Serial состоит из четырех типов интерконнектов, а также одной контрольной шины типа I2C, имеющей системные разъемы для процессоров и периферийных устройств. В их составе:
- Шестиканальный слот PCI-E x4.
- Двухканальный слот PCI-E x8.
- Слот подключения восьми каналов Ethernet Base-T (витая пара).
- Восьмиканальный последовательный порт SAS/SATA для подключения накопителей памяти.
- Восемь разъемов USB типоразмера 2.0 или 3.0.
- Последовательная асимметричная шина I2C для связи интегральных схем блоков, осуществляющих контроль параметров системы и решающих другие служебные задачи.
Механическая конструкция разъемов разработана так, чтобы облегчить монтажные и демонтажные работы. А также ошибки при подключении. Для этого используются направляющие и центрирующие выступы, пины. Подключать системный контроллер можно с любой стороны, что увеличивает широту выбора кросс-плат.
Топологические схемы CompactPCI Serial
Интерконнекты CompactPci Serial можно объединять по двум топологическим схемам:
- Звезда.
- Full Mesh.
Конфигурация «Звезда» используется для подключения интерфейсов USB, PCI-E, а также SAS/SATA. При этом в качестве хвоста (центра) используется системный контроллер. При этом можно контролировать до восьми периферийных слотов без использования мостовых схем.
Full Mesh – связь по принципу «каждый с каждым», применяется для односвязной сети Ethernet. Допустимо объединять до девяти устройств и создавать мультипроцессорные комплексы для обработки информации.
Питание
Особенностью генерации CompactPCI Serial является то, что в нем используется только один номинал питания – 12 вольт. Это конструктивное решение позволяет снизить токовую нагрузку на подключаемую пару, она не превышает 8 А.
Этого достаточно, чтобы можно было подключать любые типы процессоров. Как построенные по архитектуре х86, так и MIPS, PowerPC (SPARC). А также конфигурировать вычислители на базе графических процессоров FPGA и GPU.
Кондуктивное охлаждение
Для эффективного отвода тепла – для плат типоразмера 3U рассеиваемая мощность 60 Вт, а для 6U – 120 Вт, используется кондуктивное охлаждение. Для этого стандартная плата упаковывается в металлическую кассету, материал который воспринимает тепло и отводит его.
Такая схема приводит к некоторому увеличению габаритов, поэтому вставляются с интервалом в 5НР между модулями. В модуль с кондуктивным теплоотводом можно переделать любую плату стандарта CompactPCI Serial.
Системы Compact PCI Advantech
Компания Advantech на базе стандарта CompactPCI Serial производит различное телекоммуникационное оборудование и малогабаритные вычислительные системы. К ним относятся различные ПЛИС – телекоммуникационные, ввода – вывода, периферийные. А также процессорные модули.
