Системный интерфейс CompactPCI и
его архитектура CompactPCI
модулей центральных процессоров
фирмы INOVA»
1. Что такое стандарт CompactPCI?
1.1 Введение
CompactPCI - это стандарт, описывающий современную
высокопроизводительную магистрально - модульную систему (конструктив,
электрические и логические параметры) для промышленных, телекоммуникационных и
графических встраиваемых компьютерных приложений повышенной надёжности. В
основе электрических и логических параметров стандарта лежат спецификации
самого популярного стандарта "офисных" компьютеров - PCI,
механическая основа - Еврокарты формата 3U (100х160 мм) и 6U (233х160 мм).
В отличие от обычных PCI модулей для настольных
офисных компьютеров, в CompactPCI-модулях в качестве шинных разъёмов
используются высоконадежные пятирядные 235- контактные разъемы с шагом 2мм,
соответствующие стандартам МЭК и Belcore. CompactPCI-платы устанавливаются в
стандартные еврокрейты стоечного, настенного или настольного исполнения с
лицевой стороны. Каналы ввода-вывода могут подключаться к CompactPCI-плате с
помощью разъёмов, устанавливаемых на её лицевой панели или подсоединяются к ее
шинному разъему, расположенному на тыльной стороне платы.
В отношении CompactPCI, как открытой и стандартной
технологии промышленных PCI компьютеров/контроллеров, существует мало кем
оспариваемое справедливое утверждение: "Ни один профессиональный инженер
не может остаться равнодушным к красоте идеологии, надёжности и функциональным
возможностям CompactPCI. Ни один профессиональный менеджер не может не оценить
привлекательность CompactPCI для надёжных долговременных инвестиций".
Стандарт CompactPCI был разработан в 1995 году
специалистами компаний DEС, GESPAC, I-Bus, ProLog, Teknor, AMP, Ziatech и
Hybricon в рамках ассоциации PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturer's
Group).
В настоящее время в ассоциацию PICMG входят более 300
фирм-производителей компьютерного оборудования. Основная обязанность членов
ассоциации - разработка, развитие и поддержка спецификаций систем промышленной
автоматизации на базе шины PCI. В PICMG входят такие известные компании как
Intel, Motorola, IBM, Sun, DEC, Compaq Computers, Texas Microsystems, Lucent
Technologies, Mitel, PEP Modular Computers, SBS Green Spring Computers, VMIC и
Force.
Первой публикацией PICMG (1995 год) была спецификация
пассивной кросс - платы (backplane), использующей для шин ISA и PCI стандартный
для РС (дешевый, но ненадежный по сути, малопригодный для промышленных
приложений) способ подключения модулей посредством ламельного, кромкового
разъема (контактные площадки разъема нанесены на кромку платы). Именно на
основе этой спецификации пассивной ISA&PCI кросс - платы производятся так
называемые "полупромышленные" компьютеры.
PICMG разработала спецификации интерфейсных
контроллеров PCI-PCI (PCI-PCI bridges) для объединения несколько пассивных
PCI-кросс-плат. В настоящее время комитеты PICMG завершили работу над
стандартом CompactPCI версии 2.1.
Последние усилия специалистов PICMG направлены на
разработку спецификаций стандарта CompactPCI, определяющих возможность замены
модулей без выключения питания в системах повышенной надежности (hot swapping
boards in a live system) и спецификаций систем, использующих внутреннюю
телефонную шину Н110.
1.2. Области в которых используются компьютерные системы
на базе CompactPCI.
CompactPCI предназначен создания для компьютерных
систем реального времени, использующихся в промышленной автоматизации,
компьютерной телефонии, телекоммуникационных системах, в системах сбора и
обработки данных, в тренажёрах и стендовом оборудовании, в системах
специального (военного) применения и т.п. Шина CompactPCI используется в
основном, там, где требуется:
·
оптимальные возможности для работы
современных Pentium, PentiumMMX, PentiumPRO, Pentium II, PowerPC, ALPHA,
UltraSPARC и перспективных микропроцессоров;
·
модульность построения системы;
·
промышленная надёжность,
устойчивость к температурным воздействиям, вибрации, пыли, электромагнитным
помехам и.д.;
·
уменьшенные вес и габариты;
·
простота модернизации и удобство
обслуживания;
·
малое время восстановления системы
и улучшенные характеристики ремонтопригодности;
·
средне и высокопроизводительная
обработка данных;
·
поддержка производителем ее
промышленных компонентов в течение длительного периода времени;
Вследствие высокой пропускной способности шины PCI,
применение CompactPCI-модулей наиболее очевидно для создания
высокопроизводительных коммуникационных компьютерных систем, надёжных
промышленных, научных, медицинских и военных систем (промышленные компьютеры и
контроллеры), оптимально использующих свойства современных микропроцессоров и
т.д. Возможность замены модуля без выключения питания ("горячей
замены"), делает использование CompactPCI-модулей в подобных устройствах
чрезвычайно перспективным.
1.3. Основные особенности и преимущества CompactPCI-
компьютеров.
Стандарт CompactPCI, по сравнению со стандартом PCI
для настольных персональных компьютеров, имеет, по крайней мере два важнейших
преимущества:
·
удвоенное количество слотов
расширения пассивной кросс - платы: 8 против 4;
·
значительно более приспособленную
для промышленных систем механическую конструкцию.
CompactPCI-модули разрабатываются с учетом того, что
они будут вставляться и удаляться с фронтальной стороны крейта. Модули плотно
устанавливаются в крейте с использованием направляющих и, после фиксации,
жестко закрепляются винтами.
Конструкция модулей обеспечивает проверенную годами
успешной эксплуатации схему плотного четырёхточечного крепления и совершенную,
столь необходимую для современной КМОП - микроэлектроники, защиту от
электростатических разрядов при установке модулей в каркас.
Вертикальная установка модулей способствует их
эффективной естественной или принудительной вентиляции.
Используемые в CompactPCI- модулях промышленные
разъемы штыревого типа значительно более надежны, имеют лучшие характеристики
по устойчивости к ударам, вибрации, пыле и брызго защите, чем разъёмы
применяемые для PCI-модулей обычных настольных персональных компьютеров.
Сигнальные и питающие контакты CompactPCI- разъема конструктивно выполнены так,
что возможна установка и замена модуля без выключения питания крейта, что
чрезвычайно важно в системах повышенной надежности и что не реализовано ни в настольных
PCI- компьютерах, ни в "полупромышленных" персональных компьютерах с
пассивной ISA&PCI магистралью, которые в этом смысле ничем не отличаются от
обычных домашних компьютеров.
Каналы ввода-вывода могут подключаться к
CompactPCI-плате с помощью разъемов, устанавливаемых на ее лицевой панели
(фронтальное подключение) или подсоединяются к ее шинному разъему,
расположенному на тыльной стороне платы (тыльное подключение). Тыльное
подключение модулей ввода-вывода особенно важно для систем телефонии и телекоммуникаций,
для промышленных систем требующих максимально быстрого ремонта.
Спецификации CompactPCI соответствуют новейшему
стандарту IEEE1101.11, который определяет требования к специализированным
платам подключения модулей ввода- вывода. Это обеспечивает универсальный метод
подключения каналов ввода-вывода к тыльной стороне CompactPCI-платы.
1.4. Возможность системы CompactPCI иметь более 8 слотов.
Количество установочных мест для пассивной (не
содержащей активных полупроводниковых компонентов) CompactPCI кросс - платы
ограничено 8 слотами (в 2 раза больше, чем в настольных компьютерах!) и
определяется электрическими параметрами кросс - платы. Это количество может
быть увеличено с использованием интерфейсных контроллеров-мостов которые
используют принцип создания "супер буфера" на стыке пары пассивных
CompactPCI кросс-плат. Прерывания, данные, информация для инициализации платы
автоматически передается между кросс - платами с использованием подобных
"мостов" PCI-PCI. Одно из преимуществ использования "мостов
PCI-PCI" состоит в том, что можно одновременно запустить обмен данными в
двух направлениях (организовать дуплексный обмен между двумя пассивными PCI
кросс - платами). Используя "мосты" можно создать CompactPCI системы,
содержащие 20 и более слотов. Интеллектуальные интерфейсные контроллеры PCI-PCI
(подобные Intel 960RP) со встроенными RISC процессорами могут быть использованы
для построения очень мощных компьютерных систем, в которых основной процессор
может быть освобожден от обязанностей управления локальной шиной PCI, передавая
функции управления обменами по шине встроенному RISC процессору интерфейсного
"моста".
1.5. Микропроцессоры использующиеся в
CompactPCI-системах.
Хотя стандарт PCI изначально был разработан для
локальной шины компьютеров, использующих микропроцессоры серии i80х86, в
настоящее время локальная шина PCI используется в компьютерных системах на базе
микропроцессоров Pentium, PentiumMMX, PentiumPro, PentiumII, PowerPC, MPC860,
MC68360, Alpha, DSP и др.
PCI - самая распространенная локальная шина для
компьютеров выполненных на базе современных микропроцессоров. CompactPCI
является 100% электрическим и логическим аналогом PCI, его схемотехника
подразумевает полное использование всего огромного парка недорогих
PCI-полупроводников и, как следствие, все названные компьютерные архитектуры
реализуются в CompactPCI точно так же.
1.6.Склонность CompactPCI- продуктов к быстрому
устареванию.
CompactPCI-продукты рассчитаны на использование в
компьютерных системах, создаваемых профессионалами, к которым предъявляются
повышенные требования по надёжности, долговременности использования и
стабильности поставок конкретных моделей оборудования в течение долгого периода
времени (в отличие от рынка настольных персональных компьютеров, где частая
смена номенклатуры - привычное явление, для которого стабильность выпуска
конкретных моделей далеко не главное). Ведущие производители оборудования в
стандарте CompactPCI, входящие в ассоциацию PICMG (например MOTOROLA, DEC..),
имеют многолетний опыт работы на рынке OEM-производителей и системных
интеграторов, приобрели значительный опыт в создании продукции, защищенной от
раннего устаревания. Это достигается очень тщательным отбором электронных
компонентов и даже, во многих случаях, создания их запасов на складах фирм, что
обеспечивает выпуск оборудования в течение нескольких лет, даже после
прекращения выпуска производителями составляющих его электронных компонентов.
1.7. Особенности драйверов PCI и CompactPCI устройств.
В силу того, что стандарт PCI был разработан фирмой
Intel для стремительно развивающегося рынка персональных компьютеров, в нем
тщательно проработаны проблемы упрощения интеграции драйверов периферийных
устройств в комплекс программного обеспечения, управляющего работой компьютера.
Например, все PCI или, что абсолютно одно и то же, CompactPCI устройства имеют
набор из 256 регистров, которые содержат информацию об устройстве
(идентификационные параметры устройства, адреса его регистров, уровни и типы
прерываний и т.п.). В результате, при старте операционной системы можно
автоматически идентифицировать устройство, подключенное к шине, конфигурировать
его с учетом хранящихся в регистрах настройки параметров без установки или
снятия специальных ключей. Концепция "plug and play" является
ключевой для стандарта PCI и практически устраняет часто неизбежные ошибки при
установке вручную базовых адресов устройства, режимов его работы и т.д.
1.8. Особенности системной интеграции CompactPCI-систем.
Практически каждый современный компьютер имеет
локальную шину PCI, независимо от того, имеет ли он возможность подключения
дополнительных PCI-устройств, хотя обычно эта возможность присутствует
обязательно. Это касается всех компьютерных систем построенных на базе
микропроцессоров Pentium, Alpha или PowerPC. Стандарт CompactPCI делает возможным
создание промышленных компьютерных систем полностью совместимых с офисными,
которые могут управляться стандартными операционными системами (MSDOS, Windows
95/NT, UNIX, ОС реального времени) и на которых смогут работать без модификации
десятки тысяч готовых прикладных программных продуктов, разработанных ранее.
Другими словами наиболее дорогостоящую часть современного проекта, разработку
прикладной математики, можно осуществлять на обычных офисных компьютерных
PCI-платформах.
1.9. Операционные системы которые могут управлять
CompactPCI- компьютерами.
CompactPCI - компьютеры на базе микропроцессоров Pentium могут управляться любой
операционной системой, работающей на обычном персональном компьютере: MS-DOS,
Windows 3.xx, Windows 95, Windows NT, OS/2, BSD UNIX, LINUX, Solaris...
CompactPCI-компьютеры на базе микропроцессоров PowerPC могут работать под
управлением операционных систем AIX, Solaris, MacOS и самого широкого спектра
операционных систем реального времени от ведущих мировых поставщиков. То же
самое можно сказать о CompactPCI процессорах Alpha. Любая операционная система,
работающая на этих процессорах для настольных офисных компьютеров - будет без
модернизации работать в CompactPCI.
1.10. Операционные системы реального времени для
CompactPCI- компьютеров.
Масштабируемая производительность CompactPCI-
компьютеров, в основном, удовлетворяет большинству систем реального времени -
от управления производством и систем быстрого сбора и обработки данных до
модульных малогабаритных промышленных PLC. Операционные системы реального
времени, такие как OS-9, QNX, pSOS, VxWorks, LynxOS (всего более 100) смогут
показать превосходные результаты при работе с CompactPCI- компьютерами, также
как и версии Windows NT реального времени, которые уже имеются на мировом
рынке.
1.11. Самая популярная операционная система сегодня для
CompactPCI систем.
Однозначного ответа на этот вопрос нет. Если говорить
о системах общего назначения или системах "мягкого" реального
времени, когда допустимы времена реакции системы выше десятков миллисекунд -
наиболее популярной операционной системой является MS Windows NT, которая
может быть использована как сама по себе, так и с различными расширениями
реального времени. Вычислительная мощность и ресурсы памяти современных
одноплатных CompactPCI компьютеров/контроллеров при весьма разумных ценах
позволяют использовать Windows NT для очень широкого спектра приложений. Для
примера можно привести ресурсы новейшего флагманского одноплатного 3U формата
(всего лишь 100х160 мм !!!) СompactPCI контроллера/компьютера компании INOVA
Computers: PentiumMMX/233 MHz, 16-256 МB SDRAM, до 32 МB FLASH, 2-4 MB SVGA,
FastEthernet, USB, Fireware, COM1/2, LP, KB, EIDE, FDD, Fieldbus (Profibus или
CAN), CompactPCI 64 bit. Если говорить о системах "жесткого"
реального времени, то, по разным оценкам, "золотая" пятёрка наиболее
популярных операционных систем реального времени выглядит следующим образом:
pSOS+, VxWorks, LynxOS, OS9, QNX.
1.12. Будущие модули CompactPCI- которые будут
производится в ближайшее время.
CompactPCI - компьютеры на базе микропроцессоров
Pentium/MMX/PRO, PowerPC, Alpha, MIPS, DSP производятся в настоящее время
многими фирмами, среди которых мировые лидеры компьютерной индустрии,
гарантирующие долговременную стабильность любому проекту. Помимо этого уже
существуют CompactPCI-модули ввода-вывода, такие как FastEthernet, ATM,
FibreChannel, RMN/RTnet, быстрый SCSI, графические SVGA контроллеры, АЦП/ЦАП,
контроллеры оптоволоконных каналов связи, графические процессоры, фрейм
грабберы и т.п. Огромные возможности организации очень широкого спектра
ввода/вывода предоставляют стандартные мезонинные технологии типа Industry Pack
и PMC (PCI Mezzanine Card).
1.13. Стоимость CompactPCI-модуля.
CompactPCI-модули характеризуются отличной производительностью
с одной стороны и, с другой стороны производятся на базе широко доступных PCI
электронных компонентов, выпускаемых в огромных объемах и поэтому недорогих.
1.14 Простые и быстрые способы проектирования собственных
CompactPCI модулей ввода/вывода.
Существует два наиболее простых и понятных способа:
·
Если вы уже имеете некие
собственные PCI-разработки для настольного компьютера - просто, без каких либо
изменений, переведите их в конструктив CompactPCI. Вам не придётся даже
корректировать математическое обеспечение для ваших плат.
·
Самый простой и быстрый способ
спроектировать собственную CompactPCI плату ввода/вывода, даже без знаний PCI
шины: провести её самостоятельную компоновку с использованием стандартных
платформонезависимых мезонинных модулей ввода/вывода IndustryPack (IP) и/или
PMC. Выбор IP или PMC определяется требованиями производительности к системе.
Если нужен CompactPCI-модуль формата 6U с функциями:
MIL1553B, 8 каналов АЦП, 8 каналов RS232 и 40 каналов цифрового ввода/вывода.
Просто надо купить плату-носитель cPCI-200 (CompactPCI плата-носитель модулей
IP), которая позволяет установить до 4 стандартных IndustryPack модулей.
Подобрать необходимый состав модулей IndustryPack с требуемыми Вам функциями и
установите их на плату- носитель cPCI-200. Модуль CompactPCI с необходимыми вам
функциями готов. Установить его в крейт CompactPCI и начинайте работу. Даже при
наличии 90 IndustryPack модулей (на рынке их гораздо больше !) можно быстро
скомпоновать более 12.000.000 различных вариантов решений только на базе одного
стандартного одноплатного носителя сPCI2000 и создать высокооптимизированную
именно под вашу задачу CompactPCI систему ввода/вывода.
1.15. Компании лидирующие на мировом рынке CompactPCI
продукции.
Что касается компьютерных CompactPCI компонентов и
базовых аппаратных платформ (процессоры + механика) то, после приобретения в
конце 1997 года фирмой MOTOROLA известной американской корпорации ProLog,
MOTOROLA стала крупнейшим мировым производителем CompactPCI продукции формата
6U для ОЕМ рынка и рынка системной интеграции. MOTOROLA обеспечивает постоянно
расширяющийся спектр CompactPCI процессорных компонентов на базе Pentium, PentiumMMX,
PentiumPRO, SMP PentiumPRO, PowerPC 750, спектр механических CompactPCI 6U
компонентов с пятилетней гарантией. Крупными игроками на "поле" 6U
CompactPCI продукции стали знаменитые американские компании FORCE (Pentium,
UltraSPARC, MC68360) и DEC (Alpha). Что касается производителей устройств
ввода/вывода для CompactPCI систем 3U и 6U форматов, то сегодня максимальный
спектр решений предлагает компания SBS Green Spring Computer.
1.16. Темп развития CompactPCI.
.В 1996 году объём сбыта CompactPCI продукции
находился практически в "зачаточном" состоянии не превышая границу
1-2 миллионов долларов. Но уже в 1997 году объёмы пилотных проектов оценивались
в сумму более 200 млн. долларов. Благодаря огромному интересу OEM- потребителей
и системных интеграторов в 1997 году на рынок CompactPCI продукции пришли
крупнейшие мировые компании - традиционные производители открытых
магистрально-модульных систем для промышленных и коммуникационных приложений: MOTOROLA,
FORCE, DEC, PEP Modular Computers, SBS, VMIC и многие другие. Это будет
означать ещё большее ускорение в развитии рынка CompactPCI. Можно с
уверенностью сказать, что CompactPCI действительно является бестселлером
профессионального компьютерного рынка, очень привлекательной открытой
технологией для надёжных долговременных инвестиций в сфере промышленной
автоматизации и коммуникаций.
2. Архитектура
модулей центральных CompactPCI-процессоров INOVA
Во многом именно модули центральных процессоров INOVA,
"сердце" конечного решения, определяют возможность применения этой
техники решения для тех или иных задач встраиваемых промышленных приложений.
Даже их предварительный анализ дает представление о возможностях современного
промышленного PCI-дизайна, и становится понятно, почему он так быстро завоевал
промышленный и коммуникационный рынок встраиваемых систем.
Перечислим
самые общие идеи, определившие дизайн модулей центральных процессоров.
·
Стопроцентная РС/АТ совместимость
со всеми стандартными функциями ввода/вывода классической материнской платы:
COM 1/2, LP, EIDE/FDD, KBoard, Mouse.
·
Достаточное количество памяти,
сетевых и графических ресурсов для работы с разнообразным системным и
прикладным ПО, прежде всего на базе NT, даже в бездисковых конфигурациях, при
доступных ценах на оборудование.
·
Возможность эффективной работы со
всеми ключевыми коммуникационными технологиями из мира промышленных (Fieldbus
типа Profibus, CAN, LonWorks, Interbus-S, DeviceNet и ASi) и desktop приложений
(100/10 Ethernet, USB, FireWire IEEE1394, RS232).
·
Гибкость, модульность и
опциональность сетевых, графических ресурсов и ресурсов памяти типа SDRAM и
FLASH.
·
Компоновка аппаратных ресурсов
вычислительного, сетевого, графического и дискового узла по принципу: "всё
необходимое на одной плате".
·
Минимальное энергопотребление;
·
Вибростойкая конструкция и
возможность реализации систем как в стандартном (0-700С), так и в расширенном
(-400+850С) температурном диапазоне.
·
Дизайн "минимальной
стоимости", использующий новейшие технологии производства печатных плат и
автоматизированной сборки.
·
Использование недорогих
полупроводниковых компонентов, с гарантией поставок не менее 5 лет от
предприятия-изготовителя.
На основе этих принципов компания INOVA производит два
типа 3U CompactPCI центральных host-процессора:
ICP-S86133 - недорогой модуль формата 3U для
низкопроизводительных встраиваемых систем контроллерного уровня на базе
интегрированных процессоров класса 586/133 МГц фирмы Tompson SGS-ST-PC. Может
использоваться в системах с расширенным (-400+850С) температурным диапазоном.
ICP-K233 - недорогой модуль формата 3U для
среднепроизводительных встраиваемых приложений на базе процессоров класса
PentiumII младших версий (менее 300 МГц) и AMD K6/233-300 МГц.
Модули имеют одинаковые функциональные характеристики,
за исключением чипа центрального процессора - используется одна и таже базовая
процессорная плата, что ведёт к унификации конструкции и снижению стоимости
производства.
ICP-Future - находящийся в стадии разработки модуль
формата 3U для высокопроизводительных встраиваемых промышленных приложений на
базе процессоров AMD K7 (класса PentiumII более 300 МГц).
Очень важно подчеркнуть последний принцип дизайна
процессорных модулей компании INOVA. Скажем, в отношении использования чипов
центральных процессоров, для того чтобы реально обеспечить срок гарантии 5 лет
для промышленных контроллеров, минимальную стоимость и энергопотребление наряду
с высокими (именно для встраиваемых систем) функциональными характеристиками,
специалисты INOVA отказались от использования микропроцессоров Intel в пользу
AMD и TOMPSON. Компания AMD гарантирует пятилетний срок поставки кристаллов AMD
K6/233 МГц (ОЕМ-версия для встраиваемых приложений с низким уровнем
энергопотребления, выполненная по 0.25 мкм технологии с питанием 2.2 В (ядро) и
3.3 В (система ввода/вывода)).
Процессор AMD K6(tm)/233 имеет примерно такую же
производительность, как Intel PentiumII/233, но он дешевле и, главное,
обеспечивает меньшее энергопотребление и удобную конструкцию для встраиваемых
промышленных приложений, где очень важно обеспечить приемлемые габариты, термо
и вибростойкость.
Теперь посмотрим, что значит новейший промышленный
CompactPCI-дизайн. Внешний вид 3U CompactPCI одноплатного компьютера ICP-K233
показан на рис.1[1].
На рис. 2 приведена общая структурная схема модулей ICP-K233 и ICP-S86133
компании INOVA. Структурный дизайн компоновки показан на рис.3.
Все системы имеют Ethernet 100/10 BaseT/TX, PCI,
работают с Serial USB + Firewire (IEEE1394, до 400 Mbit/s), обладают системой
в/в PC/AT I/O COM1, COM2, LP, АТ Keyboard и Mouse, опционально на плате могут
нести Fieldbus Profibus, CAN, LON, Interbus-S, DeviceNet и Asi.. Интерфейс
System bus Interface для всех моделей - это CompactPCI, 32bit/33 MHz. Наработка
на отказ (MTBF) составляет от 100 тыс. часов.
2.1 Смена поколений
Современный промышленный CompactPCI-дизайн
ориентирован, прежде всего, на "вымывание" устаревших промышленных
встраиваемых технологий, основанных на шине ISA. В сущности, общая эволюция
настольных ПК и рабочих станций нашла отражение и в изменении промышленного
дизайна. Именно шина ISA представляет собой один из самых древних барьеров на
пути эффективного использования современного программного обеспечения. Время
смены поколений действительно - на 3U CompactPCI платформе, при сходных
требованиях к конфигурации, получаются вычислительные
сетевые/графические/дисковые узлы как минимум в 50 раз более эффективные с
точки зрения соотношения цена/производительность тех, что лежат в основе
классической ISA-шины, тем более ее 8-разрядного варианта.
Иными
словами, современный промышленный CompactPCI-дизайн, обеспечивая принципиально
сравнимые абсолютные цены конечных решений
вычислительного/сетевого/графического ядра в аналогичных конфигурациях, по
сравнению с ISA-решениями для любого температурного диапазона (такими как
классический вариант стандарта PC-104 или ISA-вариации типа microPC от
независимых производителей), даёт выигрыш, как минимум, в несколько десятков
раз в относительной цене. Не говоря уже о преимуществе в объеме компоновки,
удобстве эксплуатации и промышленной надежности наряду с долговременной
уверенностью вложения инвестиций в апробированный крупными производителями
новейший промышленный стандарт. Основные технические характеристики
существующих и перспективных одноплатных 3U CompactPCI компьютеров/контроллеров
компании INOVA сведены в Таблице 1, которая представлена в приложении 2.
Ситуация по сути дела схожа с той, когда в
автомагазине вам предлагают купить "Мерседес" или
"Запорожец" за одни и те же деньги. Правда, в автомагазине вам этого
реально никогда не предложат. А вот на компьютерном рынке такая ситуация с
ценами и функциональностью действительно возможна, именно благодаря новейшим
достижениям в области современного промышленного PCI-дизайна.
2.2 CompactPCI контроллеры
INOVA - "среда обитания" Windows NT
РС/АТ-совместимые контроллеры компании INOVA Computers
способны работать с любым ПО разработанным для данной платформы. Это прежде
всего ОС DOS, Windows 3.xx, Windows 95/98, WindowsCE, NT и соответствующий спектр
программного обеспечения над ними; ОС OS/2, UNIX, Solaris; коммерческие
многозадачные операционные системы реального времени типа VxWorks, OS9, QNX,
LynxOS, OSE, pSOS+ и т.п.; некоммерческие операционные системы, очень
приличного качества, типа LINUX и др.
Тем не менее, несмотря на такой богатый выбор
возможных программных платформ, CompactPCI контроллеры INOVA Computers
специально для работы с NT и, соответственно, WindowsCE как базовыми
платформами для реализации встраиваемого программного обеспечения. Еще недавно
использование NT в этой области казалось нереальным из-за дороговизны
оборудования, настороженного отношения к NT как таковой еще по целому ряду
причин. Сегодня ситуация на рынке принципиально иная. В частности, стоимость
аппаратной платформы, способной обеспечить хорошую "среду обитания"
для NT уже и во встраиваемых промышленных/коммуникационных приложениях,
благодаря не в последнюю очередь PCI-дизайну, резко упала и уже никого не
пугает.
Кроме того NT стала привычной для всех, а сопутствующее
ей ПО признано лучшим даже компьютерными пиратами, продающими за гроши ее
CD-ROM копии на каждом углу.
Профессиональные отечественные программисты старшего
поколения, переходящие сегодня на NT (Win32 API) решения, с удовольствием
вспоминают времена RT11/РАФОС и RSX-11M и вздрагивают при упоминании о MS DOS.
Новое поколение знает MS DOS только понаслышке. Им повезло... Еще больше
повезло тем, кто с MS DOS в профессиональной деятельности по разным причинам не
столкнулся вовсе (и уж абсолютными счастливчиками я бы назвал тех, кто работает
исключительно с ОС UNIX).
Малогабаритные 3U CompactPCI контроллеры компании
INOVA Computers являются оптимальной средой для использования NT для
встраиваемых приложений. Не вдаваясь в технические подробности, определим основные
возможности применения NT во встроенных промышленных/коммуникационных системах
с использованием CompactPCI контроллеров INOVA Computers:
·
NT "сама по себе".
Используется в дисковых конфигурациях для создания надежных встраиваемых систем
"компьютерного" уровня нереального или мягкого реального времени, с
поддержкой графики, сетей, клавиатуры и объектного ввода/вывода (УСО);
·
NT, скомпонованная для работы в
бездисковых конфигурациях (загружается из наплатного FLASH-диска, CD-ROM или
через сеть) для встраиваемых приложений "контроллерного" уровня
мягкого реального времени, с поддержкой (или без поддержки) графического
контроллера и клавиатуры; удобна для разработки высоконадежных удаленных
сетевых или "stand alone" контроллеров общего назначения;
·
NT с расширениями реального
времени типа RTX (Real Time eXtension) компаний VenturCom или LP Elektronik.
Расширения реального времени и компонующий NT инструментарий производства
VenturCom позволяют разрабатывать детерминированные многозадачные встраиваемые
приложения жесткого реального времени как в дисковых, так и в бездисковых
конфигурациях, обеспечивают простой доступ к железу "напрямую",
устраняют "файл подкачки", резко сокращают скорость загрузки, решают
проблему "голубого экрана" NT и др. Очень удобное решение для
создания высоконадёжных сетевых или "stand alone" промышленных
контроллеров реального времени с поддержкой локальных графических функций (или
без нее).
Богатые возможности предоставляет проектировщикам
встраиваемых систем использование WindowsCE компании VenturCom с расширениями
реального времени (или без них), в зависимости от класса решаемых задач.
Для разработчиков систем, требующих максимально
жесткого детерминизма можно по прежнему рекомендовать использование систем
VxWorks, OS9, QNX., LynxOS, pSOS+ и т.п. Если же для реализации системы
реального времени, особенно с точки зрения организации ввода/вывода,
архитектурных возможностей PCI-шины недостаточно, следует перейти на поиск
решения на платформе VMEbus.
2.3 Некоторые типовые
конфигурации
Ограниченный объем статьи не позволяет подробно
рассмотреть различные варианты типовых промышленных конфигураций с
использованием CompactPCI контроллеров INOVA Computers. Перечислим лишь
некоторые из них:
·
Типовой надежный, малогабаритный
компьютер, выполняющий все возможные функции промышленного ПК: обеспечивает
качественный человеко-машинный интерфейс с оператором и служит для доступа к
искальной сети и корпоративным архивам. Идеальный встраиваемый вариант для
эффективной поддержки WindowsNT SCADA-систем типа InTOUCH 7.0, FIX, ТРЭЙС МОУД
и т.п. Можно создать даже встроенный вариант NT SQL-сервера.
·
Сетевой дисковый или бездисковый
контроллер "среднего", цехового уровня, поддерживающий как любые
промышленные PLC и/или исполнительные устройства нижнего уровня через
стандартные промышленные сети, так и работу в сети с операторскими и/или
архивными компьютерами более высокого уровня;
·
Промышленный бездисковый
контроллер нижнего уровня, поддерживающий объектный ввод/вывод, работу в сети
и, при необходимости, графический пользовательский SVGA-интерфейс.
·
Глубоко встроенный,
малогабаритный, бездисковый контроллер "приборного уровня",
поддерживающий исключительно объектный ввод/вывод.
2.4 Возможности ввода/вывода
Контроллеры CompactPCI компании INOVA имеют гибкий
магистрально-модульный дизайн и поддерживают широкий спектр устройств
ввода/вывода. Остановимся подробнее на некоторых основных позициях,
определяющих характер организации ввода/вывода в СompactPCI контроллерах INOVA.
·
Число каналов ввода/вывода
определяется, прежде всего, количеством слотов расширения в 3U CompactPCI
каркасе. На CompactPCI магистрали может быть 4, 6, 7 или 8 слотов расширения.
·
Сегодня на рынке представлено
очень много различных устройств ввода/вывода. Это и недорогие модули
аналогового, цифрового ввода/вывода, модули управления двигателями и PCMCIA,
выполненные по host-технологии проектирования, это и широчайший спектр
стандартных аналоговых, цифровых, коммуникационных, сетевых, видео, аудио и
интерфейсных мезонинных архитектур ввода/вывода типа IndustryPack, PMC и
PC-MIP.
·
Ввод/вывод можно организовать
возможна как через переднюю панель, так и через свободные, неиспользуемые
контакты системного разъема на пассивной объединяющей PCI-магистрали.
При создании на базе малогабаритного 3U формата CompactPCI
компьютера/контроллера INOVA с использованием восьмислотной
CompactPCI-магистрали энергетического телекоммуникационного центра можно
обеспечить поддержку от 4 до 100 синхронных/асинхронных каналов ввода/вывода
типа RS232/422/485 с глубокими FIFO в каждом канале приема и передачи. Сегодня
для поддержки любого типа канала ввода/вывода на платформе CompactPCI
ограничений уже практически не существует, будь то бортовые сети типа
MIL1553B/ARINC или разнообразные АЦП/ЦАП, PCMCIA интерфейс или DSP-сопроцессор,
ISDN или X25 канал.
Модули УСО производства компании INOVA отличаются
низкой стоимостью и возможностью работы как в стандартном, так и в расширенном
температурном диапазоне. Кроме того, цифровой ввод/вывод соответствует в них
требованиям стандарта МЭК1131-2 (по уровням гальваноразвязки, диапазонов
входных сигналов и т.д.), а в модулях аналогового ввода/вывода (универсальные
многоканальные АЦП/12-14 бит, ввод с термопар и терморезисторов) гальваническая
развязка обеспечивается не только по схеме канал-система, но и по схеме
канал-канал.
2.5 Вывод
Малогабаритные 3U формата CompactPCI контроллеры INOVA
Computers по праву могут называться представителями нового поколения
современных встраиваемых промышленных и коммуникационных
компьютеров/контроллеров. В них превосходно как с технической, так и с
финансовой точки зрения, сочетаются новейших архитектура, возможность
использования современных программных технологий, мощные сетевые и графические
средства, высокий уровень промышленной стандартизации и надёжности, открытость
и широчайший выбор расширений ввода/вывода для решения разнообразных задач.
На конференции WinHEC представители компании Microsoft
предложили полностью отказаться от устаревших технологий ПК или жестко
ограничить их применение. Отжившие свой век шины ISA, COM, LP, KB и LP портов
было предложено заменить на PCI, USB и FireWire IEEE1394. Рынок desktop ПК и
рабочих станций к этому практически готов, а CompactPCI-контроллеры INOVA
Computers подтверждают готовность и промышленного рынка.
Сегодня в России вопросы
"стандартности" и "совместимости" промышленных компьютерных
платформ, к сожалению, являются предметом маркетинговых спекуляций. Непонятно
за кого принимают отечественных специалистов, ведь очевидно, что, как минимум, "стандартной"
платформой можно назвать ту, которая обладая точно специфицированными
электрическими, логическими и механическими свойствами поддерживается в
серийном производстве большим количеством крупных (класса IBM, MOTOROLA,
SIEMENS, DEC, HP, FORCE, SUN, VERO и т.п.) независимых фирм-производителей.
Кроме того, в ней должен соблюдаться простой принцип: "Любая плата, любого
производителя, может быть прямо, без адаптации, включена в механический
конструктив любого производителя или, что не совсем одно и тоже, механический
конструктив любого производителя может без адаптации принять любую плату любого
производителя, действующего в рамках коллегиально оговоренной
спецификации". Наличие подтверждающего статуса МЭК, ANSI, IEEE, ГОСТ и
т.п. очень желательно.
Платформа
CompactPCI необходима многим, в том числе:
·
проектировщикам конечных
промышленных систем, строящих свои решения на базе обычных, офисных ПК и
рабочих станций, когда функциональный и организационный (например: скорость и
удобство восстановления системы.) уровень надежности решений оказывается
недостаточным;
·
проектировщикам встраиваемых
систем на базе как офисных, так и "полупромышленных" компьютеров,
имеющих ограничения по поддержке современного PCI-ориентированного
ввода/вывода;
·
проектировщикам систем, ранее
использовавшим MS DOS-технологии создания встроенного ПО и переходящим на
современный многозадачный Windows NT/CE-уровень;
·
проектировщикам промышленных РС/АТ
- ориентированных встраиваемых систем, ранее использовавшим различные
нестандартные платформы, особенно на базе ISA-архитектуры, для обеспечения
высокого уровня унификации и стандартизации своих разработок, а также их
промышленной надёжности, функциональности и удобства эксплуатации при
сохранении прежнего уровня цен;
·
проектировщикам конечных
промышленных встраиваемых РС/АТ-совместимых систем, компактных и потребляющих
минимум энергии поддерживающих развитые сетевые и/или графические интерфейсы,
работу в широком температурном диапазоне и быстрые параметры восстановления.
Приложение 1
Рисунок
1.Внешний вид 3U CompactPCI
одноплатного компьютера ICP-K233
Рисунок
2.Общая структурная схема модулей
ICP-K233 и ICP-S86133 компании INOVA.
Рисунок 3.Структурный
дизайн компоновки
Приложение 2
Таблица 1. Основные технические характеристики
существующих и перспективных одноплатных 3U CompactPCI компьютеров/контроллеров
компании INOVA
| Характеристика |
ICP-S86133 |
ICP-S86133 |
ICP-Future (в разработке) |
| CPU |
SGS -ST-PC 586/133 |
AMD K6/233-300 MHz |
AMD
K7 |
| L2 Cache |
L1 8 KB |
256/512 KB |
512
KB (internal) |
| SDRAM Мбайт |
32, 64, 96, 128 |
32, 64, 96, 128 |
128-512 |
| FLASH BIOS |
2 Мбайт |
2 Мбайт |
2-4
Мбайт |
| FLASH Disk |
2 - 32 Мбайт |
2 - 32 Мбайт |
2
- 128 Мбайт |
| SVGA (опционально на плате) |
2/4 MB S3/PCI SVGA или LVDS коннектор на передней
панели |
2/4 MB S3/PCI SVGA или LVDS коннектор на передней
панели |
S3/AGP |
| Disks IF |
EIDE + Floppy |
EIDE + Floppy |
SCSI2+EIDE
+ Floppy |
| Потребление модуля (типовое) без вентиляторов |
4.8 W |
6.8
W |
Будет
определено |
| Условия эксплуатации |
| Температура (работа) |
стандартный 0-70°С и расширенный -40°+85°С |
стандартный
0-70°С
|
стандартный
0-70°С
|
| Удар |
до 40 G |
до 40 G |
Будет определено |
| Базовые цены (конфигурация с 32 MB SDRAM) FOB/долл.
(апрель 1998 г.) |
от 970 (для 1-4 штук) от 777 (для 100 штук) для
стандартного температурного диапазона |
от 1370 (для 1-4 штук) от 1097 (для 100 штук) |
3. Литература
1.
При написании реферата использовалась сервер в Интернете находящийся по адресу http://www.compactpci.ru