CompactPCI

Стандарт CPCI создавался с целью привнесения достоинств компьютерной шины PCI в системы автоматизации. Компьютерные решения на новой почве не обеспечивают достаточные теплоотвод, ударо- и вибропрочность, необходимую эксплуатационную надежность. Избавиться от этих недостатков с помощью технологии CPCI можно, благодаря объединению в одну механически прочную и надежную модульную архитектуру:

- стандарта PCI;

- механического стандарта Евромеханика;

- стандартов на штырьковые соединители (IEC 1076-4-101).

Почему PCI? Рассмотрим характеристики и достоинства применения этой шины.

Шина PCI создана в 1992 г. фирмой Intel. Поскольку архитектура CPCI строится на основе электрических, логических и программных спецификаций стандарта PCI, в инженерных разработках можно использовать все существующие для PCI микросхемы. Реально сигналы на шинах PCI и CPCI полностью идентичны за исключением 6 дополнительных линий на шине CPCI и 10-Омного шлейфового резистора. Последний позволяет подключать к шине до 8 модулей. В CPCI, как и в PCI, шины адреса и данных мультиплексированы. При блочной передаче данных достаточно задать начальный адрес для обмена, а затем весь блок данных можно передавать непрерывно порциями по 4 байта за один такт шины (30 нс). Это выгодно при сетевом обмене, обмене с накопителями. В системах управления циркулируют в основном не блоки данных, а отсчеты различных параметров. Кроме того, следует помнить, что циклу передачи по шине предшествуют подготовительные этапы (арбитраж, задержки данных и их приемника). В лучшем случае задержка составит 2 такта, в худшем – 258 (7,74 мкс). К тому же, между процессором и магистралью всегда устанавливается хотя бы один мост, а это сулит еще 3 такта задержки. Операция чтения занимает по времени 4 такта. Следовательно, в идеале (при отсутствии тактов ожидания) можно считать одно значение данных на магистрали за 9 тактов (270 нс) – 3,7 млн. отсчетов в секунду. Сравним этот показатель с аналогичным параметром шины ISA. В нее шины адреса и данных раздельные. При тактовой частоте шины 8 МГц максимальное быстродействие без тактов ожидания составит 4 млн. отсчетов в секунду (2 такта шины ISA на отсчет). Вывод: при одиночных обращениях CPCI практически не дает выигрыша по сравнению с ISA. Однако обратимся к CPCI. Стандарт CPCI полностью совместим с PCI v. 2.0.

Готовая PCI-плата может быть прямо введена в стандарт CPCI без изменения схемотехники и ПО. PCI-компоненты являются массовыми, значит дешевыми.

CPCI основан на общепринятой промышленной и военной технологии создания высоконадежных встраиваемых систем – на технологии пассивной объединительной магистрали.

Конечно, за всё нужно платить, и поэтому выдвигают жёсткие требования по рассогласованию линий CLK (отдельный подвод к каждому разъёму, так как рассогласование при частоте шины 33 МГц — не более 2 нс, для 66 МГц — не более 1 нс).

Вспомним и пропускную способность шины: умножим разрядность на частоту и получим 132/264 Мбайт и 264/528 Мбайт для возможных сочетаний частот и разрядности шины. Конечно, это теоретически максимально возможные величины, накладные расходы шины уменьшают реальные значения, и всё же это серьёзные показатели (при потоковых передачах) по отношению к значениям шины ISA. Но самым важным моментом спецификации PCI, отражённым в пункте 2, кото рый как-то часто остается в тени, является контроль чётности (используются сигналы шины PAR и PAR64). Эта «встроенная» возможность является одним из основных моментов, обеспечивающих высокую надёжность (достоверность данных) высокоскоростной шины PCI. Технология мультиплексирования параллельной шины позволяет даже в случае использования 64-битовой шины A/D разрабатывать компактные решения (3U CompactPCI).

В автоматизации возможность масштабирования технического решения почти всегда является необходимым качеством грамотно спроектированной системы. Системы с шиной PCI масштабируются путём использования мостов (PCI-to-PCI Bridge).

Понятно, что в силу необходимости выдерживания определённых временных диаграмм наращивание, в принци пе, не может быть бесконечным процессом, но на текущий момент сущест вуют системы с числом слотов 20. В шину PCI в силу архитектурных и программных требований специфика ции заложены возможности конфигурирования (перераспределения) системных ресурсов, к которым относятся пространство адресов памяти, ввода-вывода и самый дорогой системный ресурс — прерывания. Независимый от аппаратной реализации механизм управления шиной PCI обеспечивается вызовом соответствующих функций PCI BIOS.

CPCI процессорно и программно независим.

CPCI использует самый популярный механический стандарт Евромеханика. Модули выпускают в форматах 3U и 6U. Системный соединитель штырьковый на 235 контактов (124 из них – 32-разрядная PCI, еще 55 – для 64-разрядной). Число модулей на объединительной плате обычно 8, но есть и меньше, а может достигать и 14 (Advantech).

CPCI обеспечивает возможность простой интеграции с системами на базе VME, которая обладает гигантской номенклатурой. Для этого используются соответствующие мосты PCI-to-VME.

CPCI поддерживает стандарт P&P и “горячую замену” на магистрали.

PXI

Спецификацию PXI (PCI eXtention for Instrumentation) представила в 1997 г. компания National Instruments (США). Она анонсировала ее как модульную измерительную платформу на основе 33 МГц версии PCI, которая должна напрямую переноситься на CPCI. По мнению специалистов, компании удалось найти уникальное сочетание возможностей и стоимости новой архитектуры. Конструктивно PXI представляет собой крейт, оснащенный соединительной платой на 8 PCI-модулей. Левый крайний слот в крейте занимает системный контроллер. Следом за ним может идти контроллер Star-Trigger, а уж потом – модули ввода/вывода. Логическая архитектура PXI имеет вид.

Локальная шина (ЛШ) служит для обмена данными между соседними модулями. Архитектура использует также дополнительные линии триггеринга и наносекундной синхронизации (не показаны), позаимствованные из спецификации VXI. Модуль Star-Trigger служит для синхронизации функционирования нескольких МВВ. Каждый из этих модулей имеет свою линию управления.

…

ЛШ

Разработка приложений ведется с помощью пакета LabView компании. Пакет работает под Windows.

Компания выпускает крейты в 4 модификациях:

PXI-1000, PXI-1010, PXI-1020, PXI-1025.