CompactPCI serial. Описание, особенности и преимущества.

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.