Системный интерфейс Compact PCI и его архитектура Compact PCI модулей центральных процессоров фирмы INOVA

Системный интерфейс CompactPCI иего архитектура CompactPCIмодулей центральных процессоровфирмы INOVA»

1.   Что такое стандарт CompactPCI?

1.1 Введение

CompactPCI - это стандарт, описывающий современнуювысокопроизводительную магистрально - модульную систему (конструктив,электрические и логические параметры) для промышленных, телекоммуникационных играфических встраиваемых компьютерных приложений повышенной надёжности. Воснове электрических и логических параметров стандарта лежат спецификациисамого популярного стандарта "офисных" компьютеров - PCI,механическая основа - Еврокарты формата 3U (100х160 мм) и 6U (233х160 мм).

В отличие от обычных PCI модулей для настольныхофисных компьютеров, в CompactPCI-модулях в качестве шинных разъёмовиспользуются высоконадежные пятирядные 235- контактные разъемы с шагом 2мм,соответствующие стандартам МЭК и Belcore. CompactPCI-платы устанавливаются встандартные еврокрейты стоечного, настенного или настольного исполнения слицевой стороны. Каналы ввода-вывода могут подключаться к CompactPCI-плате спомощью разъёмов, устанавливаемых на её лицевой панели или подсоединяются к еешинному разъему, расположенному на тыльной стороне платы.

В отношении CompactPCI, как открытой и стандартнойтехнологии промышленных PCI компьютеров/контроллеров, существует мало кемоспариваемое справедливое утверждение: "Ни один профессиональный инженерне может остаться равнодушным к красоте идеологии, надёжности и функциональнымвозможностям CompactPCI. Ни один профессиональный менеджер не может не оценитьпривлекательность CompactPCI для надёжных долговременных инвестиций".

Стандарт CompactPCI был разработан в 1995 годуспециалистами компаний DEС, GESPAC, I-Bus, ProLog, Teknor, AMP, Ziatech иHybricon в рамках ассоциации PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturer'sGroup).

В настоящее время в ассоциацию PICMG входят более 300фирм-производителей компьютерного оборудования. Основная обязанность членовассоциации - разработка, развитие и поддержка спецификаций систем промышленнойавтоматизации на базе шины PCI. В PICMG входят такие известные компании какIntel, Motorola, IBM, Sun, DEC, Compaq Computers, Texas Microsystems, LucentTechnologies, Mitel, PEP Modular Computers, SBS Green Spring Computers, VMIC иForce.

Первой публикацией PICMG (1995 год) была спецификацияпассивной кросс - платы (backplane), использующей для шин ISA и PCI стандартныйдля РС (дешевый, но ненадежный по сути, малопригодный для промышленныхприложений) способ подключения модулей посредством ламельного, кромковогоразъема (контактные площадки разъема нанесены на кромку платы). Именно наоснове этой спецификации пассивной ISA&PCI кросс - платы производятся такназываемые "полупромышленные" компьютеры.

PICMG разработала спецификации интерфейсныхконтроллеров PCI-PCI (PCI-PCI bridges) для объединения несколько пассивныхPCI-кросс-плат. В настоящее время комитеты PICMG завершили работу надстандартом CompactPCI версии 2.1.

Последние усилия специалистов PICMG направлены наразработку спецификаций стандарта CompactPCI, определяющих возможность заменымодулей без выключения питания в системах повышенной надежности (hot swappingboards in a live system) и спецификаций систем, использующих внутреннюютелефонную шину Н110.

1.2. Области в которых используются компьютерные системына базе CompactPCI.

CompactPCI предназначен создания для компьютерныхсистем реального времени, использующихся в промышленной автоматизации,компьютерной телефонии, телекоммуникационных системах, в системах сбора иобработки данных, в тренажёрах и стендовом оборудовании, в системахспециального (военного) применения и т.п. Шина CompactPCI используется восновном, там, где требуется:

·    оптимальные возможности для работысовременных Pentium, PentiumMMX, PentiumPRO, Pentium II, PowerPC, ALPHA,UltraSPARC и перспективных микропроцессоров;

·    модульность построения системы;

·    промышленная надёжность,устойчивость к температурным воздействиям, вибрации, пыли, электромагнитнымпомехам и.д.;

·    уменьшенные вес и габариты;

·    простота модернизации и удобствообслуживания;

·    малое время восстановления системыи улучшенные характеристики ремонтопригодности;

·    средне и высокопроизводительнаяобработка данных;

·    поддержка производителем еепромышленных компонентов в течение длительного периода времени;

Вследствие высокой пропускной способности шины PCI,применение CompactPCI-модулей наиболее очевидно для созданиявысокопроизводительных коммуникационных компьютерных систем, надёжныхпромышленных, научных, медицинских и военных систем (промышленные компьютеры иконтроллеры), оптимально использующих свойства современных микропроцессоров ит.д. Возможность замены модуля без выключения питания ("горячейзамены"), делает использование CompactPCI-модулей в подобных устройствахчрезвычайно перспективным.

1.3. Основные особенности и преимущества CompactPCI-компьютеров.

Стандарт CompactPCI, по сравнению со стандартом PCIдля настольных персональных компьютеров, имеет, по крайней мере два важнейшихпреимущества:

·    удвоенное количество слотоврасширения пассивной кросс - платы: 8 против 4;

·    значительно более приспособленнуюдля промышленных систем механическую конструкцию.

CompactPCI-модули разрабатываются с учетом того, чтоони будут вставляться и удаляться с фронтальной стороны крейта. Модули плотноустанавливаются в крейте с использованием направляющих и, после фиксации,жестко закрепляются винтами.

Конструкция модулей обеспечивает проверенную годамиуспешной эксплуатации схему плотного четырёхточечного крепления и совершенную,столь необходимую для современной КМОП - микроэлектроники, защиту отэлектростатических разрядов при установке модулей в каркас.

Вертикальная установка модулей способствует ихэффективной естественной или принудительной вентиляции.

Используемые в CompactPCI- модулях промышленныеразъемы штыревого типа значительно более надежны, имеют лучшие характеристикипо устойчивости к ударам, вибрации, пыле и брызго защите, чем разъёмыприменяемые 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, чточрезвычайно важно в системах повышенной надежности и что не реализовано ни в настольныхPCI- компьютерах, ни в "полупромышленных" персональных компьютерах спассивной ISA&PCI магистралью, которые в этом смысле ничем не отличаются отобычных домашних компьютеров.

Каналы ввода-вывода могут подключаться кCompactPCI-плате с помощью разъемов, устанавливаемых на ее лицевой панели(фронтальное подключение) или подсоединяются к ее шинному разъему,расположенному на тыльной стороне платы (тыльное подключение). Тыльноеподключение модулей ввода-вывода особенно важно для систем телефонии и телекоммуникаций,для промышленных систем требующих максимально быстрого ремонта.

Спецификации CompactPCI соответствуют новейшемустандарту IEEE1101.11, который определяет требования к специализированнымплатам подключения модулей ввода- вывода. Это обеспечивает универсальный методподключения каналов ввода-вывода к тыльной стороне CompactPCI-платы.

1.4. Возможность системы CompactPCI иметь более 8 слотов.

Количество установочных мест для пассивной (несодержащей активных полупроводниковых компонентов) CompactPCI кросс - платыограничено 8 слотами (в 2 раза больше, чем в настольных компьютерах!) иопределяется электрическими параметрами кросс - платы. Это количество можетбыть увеличено с использованием интерфейсных контроллеров-мостов которыеиспользуют принцип создания "супер буфера" на стыке пары пассивныхCompactPCI кросс-плат. Прерывания, данные, информация для инициализации платыавтоматически передается между кросс - платами с использованием подобных"мостов" PCI-PCI. Одно из преимуществ использования "мостовPCI-PCI" состоит в том, что можно одновременно запустить обмен данными вдвух направлениях (организовать дуплексный обмен между двумя пассивными PCIкросс - 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 использованыдля построения очень мощных компьютерных систем, в которых основной процессорможет быть освобожден от обязанностей управления локальной шиной PCI, передаваяфункции управления обменами по шине встроенному RISC процессору интерфейсного"моста".

1.5. Микропроцессоры использующиеся вCompactPCI-системах.

Хотя стандарт PCI изначально был разработан длялокальной шины компьютеров, использующих микропроцессоры серии i80х86, внастоящее время локальная шина PCI используется в компьютерных системах на баземикропроцессоров Pentium, PentiumMMX, PentiumPro, PentiumII, PowerPC, MPC860,MC68360, Alpha, DSP и др.

PCI - самая распространенная локальная шина длякомпьютеров выполненных на базе современных микропроцессоров. CompactPCIявляется 100% электрическим и логическим аналогом PCI, его схемотехникаподразумевает полное использование всего огромного парка недорогихPCI-полупроводников и, как следствие, все названные компьютерные архитектурыреализуются в CompactPCI точно так же.

1.6.Склонность CompactPCI- продуктов к быстромуустареванию.

CompactPCI-продукты рассчитаны на использование вкомпьютерных системах, создаваемых профессионалами, к которым предъявляютсяповышенные требования по надёжности, долговременности использования истабильности поставок конкретных моделей оборудования в течение долгого периодавремени (в отличие от рынка настольных персональных компьютеров, где частаясмена номенклатуры - привычное явление, для которого стабильность выпускаконкретных моделей далеко не главное). Ведущие производители оборудования встандарте CompactPCI, входящие в ассоциацию PICMG (например MOTOROLA, DEC..),имеют многолетний опыт работы на рынке OEM-производителей и системныхинтеграторов, приобрели значительный опыт в создании продукции, защищенной отраннего устаревания. Это достигается очень тщательным отбором электронныхкомпонентов и даже, во многих случаях, создания их запасов на складах фирм, чтообеспечивает выпуск оборудования в течение нескольких лет, даже послепрекращения выпуска производителями составляющих его электронных компонентов.

1.7. Особенности драйверов PCI и CompactPCI устройств.

В силу того, что стандарт PCI был разработан фирмойIntel для стремительно развивающегося рынка персональных компьютеров, в немтщательно проработаны проблемы упрощения интеграции драйверов периферийныхустройств в комплекс программного обеспечения, управляющего работой компьютера.Например, все PCI или, что абсолютно одно и то же, CompactPCI устройства имеютнабор из 256 регистров, которые содержат информацию об устройстве(идентификационные параметры устройства, адреса его регистров, уровни и типыпрерываний и т.п.). В результате, при старте операционной системы можноавтоматически идентифицировать устройство, подключенное к шине, конфигурироватьего с учетом хранящихся в регистрах настройки параметров без установки илиснятия специальных ключей. Концепция "plug and play" являетсяключевой для стандарта PCI и практически устраняет часто неизбежные ошибки приустановке вручную базовых адресов устройства, режимов его работы и т.д.

1.8. Особенности системной интеграции CompactPCI-систем.

Практически каждый современный компьютер имеетлокальную шину PCI, независимо от того, имеет ли он возможность подключениядополнительных PCI-устройств, хотя обычно эта возможность присутствуетобязательно. Это касается всех компьютерных систем построенных на баземикропроцессоров Pentium, Alpha или PowerPC. Стандарт CompactPCI делает возможнымсоздание промышленных компьютерных систем полностью совместимых с офисными,которые могут управляться стандартными операционными системами (MSDOS, Windows95/NT, UNIX, ОС реального времени) и на которых смогут работать без модификациидесятки тысяч готовых прикладных программных продуктов, разработанных ранее.Другими словами наиболее дорогостоящую часть современного проекта, разработкуприкладной математики, можно осуществлять на обычных офисных компьютерныхPCI-платформах.

1.9. Операционные системы которые могут управлятьCompactPCI- компьютерами.

CompactPCI - компьютеры на базе микропроцессоров Pentium могут управляться любойоперационной 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 подуправлением операционных систем AIX, Solaris, MacOS и самого широкого спектраоперационных систем реального времени от ведущих мировых поставщиков. То жесамое можно сказать о CompactPCI процессорах Alpha. Любая операционная система,работающая на этих процессорах для настольных офисных компьютеров - будет безмодернизации работать в CompactPCI.

1.10. Операционные системы реального времени дляCompactPCI- компьютеров.

Масштабируемая производительность CompactPCI-компьютеров, в основном, удовлетворяет большинству систем реального времени -от управления производством и систем быстрого сбора и обработки данных домодульных малогабаритных промышленных PLC. Операционные системы реальноговремени, такие как OS-9, QNX, pSOS, VxWorks, LynxOS (всего более 100) смогутпоказать превосходные результаты при работе с CompactPCI- компьютерами, такжекак и версии Windows NT реального времени, которые уже имеются на мировомрынке.

1.11. Самая популярная операционная система сегодня дляCompactPCI систем.

Однозначного ответа на этот вопрос нет. Если говоритьо системах общего назначения или системах "мягкого" реальноговремени, когда допустимы времена реакции системы выше десятков миллисекунд -наиболее популярной операционной системой является MS  Windows NT, котораяможет быть использована как сама по себе, так и с различными расширениямиреального времени. Вычислительная мощность и ресурсы памяти современныходноплатных CompactPCI компьютеров/контроллеров при весьма разумных ценахпозволяют использовать Windows NT для очень широкого спектра приложений. Дляпримера можно привести ресурсы новейшего флагманского одноплатного 3U формата(всего лишь 100х160 мм !!!) СompactPCI контроллера/компьютера компании INOVAComputers: 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 илиCAN), CompactPCI 64 bit. Если говорить о системах "жесткого"реального времени, то, по разным оценкам, "золотая" пятёрка наиболеепопулярных операционных систем реального времени выглядит следующим образом:pSOS+, VxWorks, LynxOS, OS9, QNX.

1.12. Будущие модули CompactPCI- которые будутпроизводится в ближайшее время.

CompactPCI - компьютеры на базе микропроцессоровPentium/MMX/PRO, PowerPC, Alpha, MIPS, DSP производятся в настоящее времямногими фирмами, среди которых мировые лидеры компьютерной индустрии,гарантирующие долговременную стабильность любому проекту. Помимо этого ужесуществуют CompactPCI-модули ввода-вывода, такие как FastEthernet, ATM,FibreChannel, RMN/RTnet, быстрый SCSI, графические SVGA контроллеры, АЦП/ЦАП,контроллеры оптоволоконных каналов связи, графические процессоры, фреймграбберы и т.п. Огромные возможности организации очень широкого спектраввода/вывода предоставляют стандартные мезонинные технологии типа Industry Packи PMC (PCI Mezzanine Card).

1.13. Стоимость CompactPCI-модуля.

CompactPCI-модули характеризуются отличной производительностьюс одной стороны и, с другой стороны производятся на базе широко доступных PCIэлектронных компонентов, выпускаемых в огромных объемах и поэтому недорогих.

1.14 Простые и быстрые способы проектирования собственныхCompactPCI модулей ввода/вывода.

Существует два наиболее простых и понятных способа:

·    Если вы уже имеете некиесобственные PCI-разработки для настольного компьютера - просто, без каких либоизменений, переведите их в конструктив CompactPCI. Вам не придётся дажекорректировать математическое обеспечение для ваших плат.

·    Самый простой и быстрый способспроектировать собственную CompactPCI плату ввода/вывода, даже без знаний PCIшины: провести её самостоятельную компоновку с использованием стандартныхплатформонезависимых мезонинных модулей ввода/вывода IndustryPack (IP) и/илиPMC. 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 модулейIP), которая позволяет установить до 4 стандартных IndustryPack модулей.Подобрать необходимый состав модулей IndustryPack с требуемыми Вам функциями иустановите их на плату- носитель cPCI-200. Модуль CompactPCI с необходимыми вамфункциями готов. Установить его в крейт CompactPCI и начинайте работу. Даже приналичии 90 IndustryPack модулей (на рынке их гораздо больше !) можно быстроскомпоновать более 12.000.000 различных вариантов решений только на базе одногостандартного одноплатного носителя сPCI2000 и создать высокооптимизированнуюименно под вашу задачу CompactPCI систему ввода/вывода.

1.15. Компании лидирующие на мировом рынке CompactPCIпродукции.

Что касается компьютерных CompactPCI компонентов ибазовых аппаратных платформ (процессоры + механика) то, после приобретения вконце 1997 года фирмой MOTOROLA известной американской корпорации ProLog,MOTOROLA стала крупнейшим мировым производителем CompactPCI продукции формата6U для ОЕМ рынка и рынка системной интеграции. MOTOROLA обеспечивает постояннорасширяющийся спектр CompactPCI процессорных компонентов на базе Pentium, PentiumMMX,PentiumPRO, SMP PentiumPRO, PowerPC 750, спектр механических CompactPCI 6Uкомпонентов с пятилетней гарантией. Крупными игроками на "поле" 6UCompactPCI продукции стали знаменитые американские компании FORCE (Pentium,UltraSPARC, MC68360) и DEC (Alpha). Что касается производителей устройствввода/вывода для CompactPCI систем 3U и 6U форматов, то сегодня максимальныйспектр решений предлагает компания SBS Green Spring Computer.

1.16. Темп развития CompactPCI.

.В 1996 году объём сбыта CompactPCI продукциинаходился практически в "зачаточном" состоянии не превышая границу1-2 миллионов долларов. Но уже в 1997 году объёмы пилотных проектов оценивалисьв сумму более 200 млн. долларов. Благодаря огромному интересу OEM- потребителейи системных интеграторов в 1997 году на рынок CompactPCI продукции пришликрупнейшие мировые компании - традиционные производители открытыхмагистрально-модульных систем для промышленных и коммуникационных приложений: MOTOROLA,FORCE, DEC, PEP Modular Computers, SBS, VMIC и многие другие. Это будетозначать ещё большее ускорение в развитии рынка CompactPCI. Можно суверенностью сказать, что CompactPCI действительно является бестселлеромпрофессионального компьютерного рынка, очень привлекательной открытойтехнологией для надёжных долговременных инвестиций в сфере промышленнойавтоматизации и коммуникаций.

2. Архитектурамодулей центральных CompactPCI-процессоров INOVA

Во многом именно модули центральных процессоров INOVA,"сердце" конечного решения, определяют возможность применения этойтехники решения для тех или иных задач встраиваемых промышленных приложений.Даже их предварительный анализ дает представление о возможностях современногопромышленного PCI-дизайна, и становится понятно, почему он так быстро завоевалпромышленный и коммуникационный рынок встраиваемых систем.

Перечислимсамые общие идеи, определившие дизайн модулей центральных процессоров.

·    Стопроцентная РС/АТ совместимостьсо 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 иприкладным ПО, прежде всего на базе NT, даже в бездисковых конфигурациях, придоступных ценах на оборудование.

·    Возможность эффективной работы совсеми ключевыми коммуникационными технологиями из мира промышленных (Fieldbusтипа Profibus, CAN, LonWorks, Interbus-S, DeviceNet и ASi) и desktop приложений(100/10 Ethernet, USB, FireWire IEEE1394, RS232).

·    Гибкость, модульность иопциональность сетевых, графических ресурсов и ресурсов памяти типа SDRAM иFLASH.

·    Компоновка аппаратных ресурсоввычислительного, сетевого, графического и дискового узла по принципу: "всёнеобходимое на одной плате".

·    Минимальное энергопотребление;

·    Вибростойкая конструкция ивозможность реализации систем как в стандартном (0-700С), так и в расширенном(-400+850С) температурном диапазоне.

·    Дизайн "минимальнойстоимости", использующий новейшие технологии производства печатных плат иавтоматизированной сборки.

·    Использование недорогихполупроводниковых компонентов, с гарантией поставок не менее 5 лет отпредприятия-изготовителя.

На основе этих принципов компания INOVA производит дватипа 3U CompactPCI центральных host-процессора:

ICP-S86133 - недорогой модуль формата 3U длянизкопроизводительных встраиваемых систем контроллерного уровня на базеинтегрированных процессоров класса 586/133 МГц фирмы Tompson SGS-ST-PC. Можетиспользоваться в системах с расширенным (-400+850С) температурным диапазоном.

ICP-K233 - недорогой модуль формата 3U длясреднепроизводительных встраиваемых приложений на базе процессоров классаPentiumII 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 базоваяпроцессорная плата, что ведёт к унификации конструкции и снижению стоимостипроизводства.

ICP-Future - находящийся в стадии разработки модульформата 3U для высокопроизводительных встраиваемых промышленных приложений набазе процессоров AMD K7 (класса PentiumII более 300 МГц).

Очень важно подчеркнуть последний принцип дизайнапроцессорных модулей компании INOVA. Скажем, в отношении использования чиповцентральных процессоров, для того чтобы реально обеспечить срок гарантии 5 летдля промышленных контроллеров, минимальную стоимость и энергопотребление нарядус высокими (именно для встраиваемых систем) функциональными характеристиками,специалисты INOVA отказались от использования микропроцессоров Intel в пользуAMD и TOMPSON. Компания AMD гарантирует пятилетний срок поставки кристаллов AMDK6/233 МГц (ОЕМ-версия для встраиваемых приложений с низким уровнемэнергопотребления, выполненная по 0.25 мкм технологии с питанием 2.2 В (ядро) и3.3 В (система ввода/вывода)).

Процессор AMD K6(tm)/233 имеет примерно такую жепроизводительность, как Intel PentiumII/233, но он дешевле и, главное,обеспечивает меньшее энергопотребление и удобную конструкцию для встраиваемыхпромышленных приложений, где очень важно обеспечить приемлемые габариты, термои вибростойкость.

Теперь посмотрим, что значит новейший промышленныйCompactPCI-дизайн. Внешний вид 3U CompactPCI одноплатного компьютера ICP-K233показан на рис.1[1].На рис. 2 приведена общая структурная схема модулей ICP-K233 и ICP-S86133компании 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 системойв/в PC/AT I/O COM1, COM2, LP, АТ Keyboard и Mouse, опционально на плате могутнести Fieldbus Profibus, CAN, LON, Interbus-S, DeviceNet и Asi.. ИнтерфейсSystem bus Interface для всех моделей - это CompactPCI, 32bit/33 MHz. Наработкана отказ (MTBF) составляет от 100 тыс. часов.

2.1 Смена поколений

Современный промышленный CompactPCI-дизайнориентирован, прежде всего, на "вымывание" устаревших промышленныхвстраиваемых технологий, основанных на шине ISA. В сущности, общая эволюциянастольных ПК и рабочих станций нашла отражение и в изменении промышленногодизайна. Именно шина ISA представляет собой один из самых древних барьеров напути эффективного использования современного программного обеспечения. Времясмены поколений действительно - на 3U CompactPCI платформе, при сходныхтребованиях к конфигурации, получаются вычислительныесетевые/графические/дисковые узлы как минимум в 50 раз более эффективные сточки зрения соотношения цена/производительность тех, что лежат в основеклассической ISA-шины, тем более ее 8-разрядного варианта.

Инымисловами, современный промышленный CompactPCI-дизайн, обеспечивая принципиальносравнимые абсолютные цены конечных решенийвычислительного/сетевого/графического ядра в аналогичных конфигурациях, посравнению с ISA-решениями для любого температурного диапазона (такими какклассический вариант стандарта PC-104 или ISA-вариации типа microPC отнезависимых производителей), даёт выигрыш, как минимум, в несколько десятковраз в относительной цене. Не говоря уже о преимуществе в объеме компоновки,удобстве эксплуатации и промышленной надежности наряду с долговременнойуверенностью вложения инвестиций в апробированный крупными производителяминовейший промышленный стандарт. Основные технические характеристикисуществующих и перспективных одноплатных 3U CompactPCI компьютеров/контроллеровкомпании INOVA сведены в Таблице 1, которая представлена в приложении 2.

Ситуация по сути дела схожа с той, когда вавтомагазине вам предлагают купить "Мерседес" или"Запорожец" за одни и те же деньги. Правда, в автомагазине вам этогореально никогда не предложат. А вот на компьютерном рынке такая ситуация сценами и функциональностью действительно возможна, именно благодаря новейшимдостижениям в области современного промышленного PCI-дизайна.

2.2 CompactPCI контроллерыINOVA - "среда обитания" Windows NT

РС/АТ-совместимые контроллеры компании INOVA Computersспособны работать с любым ПО разработанным для данной платформы. Это преждевсего ОС DOS, Windows 3.xx, Windows 95/98, WindowsCE, NT и соответствующий спектрпрограммного обеспечения над ними; ОС OS/2, UNIX, Solaris; коммерческиемногозадачные операционные системы реального времени типа VxWorks, OS9, QNX,LynxOS, OSE, pSOS+ и т.п.; некоммерческие операционные системы, оченьприличного качества, типа LINUX и др.

Тем не менее, несмотря на такой богатый выборвозможных программных платформ, CompactPCI контроллеры INOVA Computersспециально для работы с NT и, соответственно, WindowsCE как базовымиплатформами для реализации встраиваемого программного обеспечения. Еще недавноиспользование NT в этой области казалось нереальным из-за дороговизныоборудования, настороженного отношения к NT как таковой еще по целому рядупричин. Сегодня ситуация на рынке принципиально иная. В частности, стоимостьаппаратной 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 непугает.

Кроме того NT стала привычной для всех, а сопутствующееей ПО признано лучшим даже компьютерными пиратами, продающими за гроши ееCD-ROM копии на каждом углу.

Профессиональные отечественные программисты старшегопоколения, переходящие сегодня на NT (Win32 API) решения, с удовольствиемвспоминают времена RT11/РАФОС и RSX-11M и вздрагивают при упоминании о MS DOS.Новое поколение знает MS DOS только понаслышке. Им повезло... Еще большеповезло тем, кто с MS DOS в профессиональной деятельности по разным причинам нестолкнулся вовсе (и уж абсолютными счастливчиками я бы назвал тех, кто работаетисключительно с ОС UNIX).

Малогабаритные 3U CompactPCI контроллеры компанииINOVA Computers являются оптимальной средой для использования NT длявстраиваемых приложений. Не вдаваясь в технические подробности, определим основныевозможности применения NT во встроенных промышленных/коммуникационных системахс 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, споддержкой графики, сетей, клавиатуры и объектного ввода/вывода (УСО);

·    NT, скомпонованная для работы вбездисковых конфигурациях (загружается из наплатного FLASH-диска, CD-ROM иличерез сеть) для встраиваемых приложений "контроллерного" уровнямягкого реального времени, с поддержкой (или без поддержки) графическогоконтроллера и клавиатуры; удобна для разработки высоконадежных удаленныхсетевых или "stand alone" контроллеров общего назначения;

·    NT с расширениями реальноговремени типа RTX (Real Time eXtension) компаний VenturCom или LP Elektronik.Расширения реального времени и компонующий NT инструментарий производстваVenturCom позволяют разрабатывать детерминированные многозадачные встраиваемыеприложения жесткого реального времени как в дисковых, так и в бездисковыхконфигурациях, обеспечивают простой доступ к железу "напрямую",устраняют "файл подкачки", резко сокращают скорость загрузки, решаютпроблему "голубого экрана" NT и др. Очень удобное решение длясоздания высоконадёжных сетевых или "stand alone" промышленныхконтроллеров реального времени с поддержкой локальных графических функций (илибез нее).

Богатые возможности предоставляет проектировщикамвстраиваемых систем использование WindowsCE компании VenturCom с расширениямиреального времени (или без них), в зависимости от класса решаемых задач.

Для разработчиков систем, требующих максимальножесткого детерминизма можно по прежнему рекомендовать использование системVxWorks, OS9, QNX., LynxOS, pSOS+ и т.п. Если же для реализации системыреального времени, особенно с точки зрения организации ввода/вывода,архитектурных возможностей PCI-шины недостаточно, следует перейти на поискрешения на платформе VMEbus.

2.3 Некоторые типовыеконфигурации

Ограниченный объем статьи не позволяет подробнорассмотреть различные варианты типовых промышленных конфигураций сиспользованием CompactPCI контроллеров INOVA Computers. Перечислим лишьнекоторые из них:

·    Типовой надежный, малогабаритныйкомпьютер, выполняющий все возможные функции промышленного ПК: обеспечиваеткачественный человеко-машинный интерфейс с оператором и служит для доступа кискальной сети и корпоративным архивам. Идеальный встраиваемый вариант дляэффективной поддержки WindowsNT SCADA-систем типа InTOUCH 7.0, FIX, ТРЭЙС МОУДи т.п. Можно создать даже встроенный вариант NT SQL-сервера.

·    Сетевой дисковый или бездисковыйконтроллер "среднего", цехового уровня, поддерживающий как любыепромышленные PLC и/или исполнительные устройства нижнего уровня черезстандартные промышленные сети, так и работу в сети с операторскими и/илиархивными компьютерами более высокого уровня;

·    Промышленный бездисковыйконтроллер нижнего уровня, поддерживающий объектный ввод/вывод, работу в сетии, 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 гибкиймагистрально-модульный дизайн и поддерживают широкий спектр устройствввода/вывода. Остановимся подробнее на некоторых основных позициях,определяющих характер организации ввода/вывода в СompactPCI контроллерах INOVA.

·    Число каналов ввода/выводаопределяется, прежде всего, количеством слотов расширения в 3U CompactPCIкаркасе. На CompactPCI магистрали может быть 4, 6, 7 или 8 слотов расширения.

·    Сегодня на рынке представленоочень много различных устройств ввода/вывода. Это и недорогие модулианалогового, цифрового ввода/вывода, модули управления двигателями и PCMCIA,выполненные по host-технологии проектирования, это и широчайший спектрстандартных аналоговых, цифровых, коммуникационных, сетевых, видео, аудио иинтерфейсных мезонинных архитектур ввода/вывода типа IndustryPack, PMC иPC-MIP.

·    Ввод/вывод можно организоватьвозможна как через переднюю панель, так и через свободные, неиспользуемыеконтакты системного разъема на пассивной объединяющей PCI-магистрали.

При создании на базе малогабаритного 3U формата CompactPCIкомпьютера/контроллера INOVA с использованием восьмислотнойCompactPCI-магистрали энергетического телекоммуникационного центра можнообеспечить поддержку от 4 до 100 синхронных/асинхронных каналов ввода/выводатипа RS232/422/485 с глубокими FIFO в каждом канале приема и передачи. Сегоднядля поддержки любого типа канала ввода/вывода на платформе CompactPCIограничений уже практически не существует, будь то бортовые сети типаMIL1553B/ARINC или разнообразные АЦП/ЦАП, PCMCIA интерфейс или DSP-сопроцессор,ISDN или X25 канал.

Модули УСО производства компании INOVA отличаютсянизкой стоимостью и возможностью работы как в стандартном, так и в расширенномтемпературном диапазоне. Кроме того, цифровой ввод/вывод соответствует в нихтребованиям стандарта МЭК1131-2 (по уровням гальваноразвязки, диапазоноввходных сигналов и т.д.), а в модулях аналогового ввода/вывода (универсальныемногоканальные АЦП/12-14 бит, ввод с термопар и терморезисторов) гальваническаяразвязка обеспечивается не только по схеме канал-система, но и по схемеканал-канал.

2.5 Вывод

Малогабаритные 3U формата CompactPCI контроллеры INOVAComputers по праву могут называться представителями нового поколениясовременных встраиваемых промышленных и коммуникационныхкомпьютеров/контроллеров. В них превосходно как с технической, так и сфинансовой точки зрения, сочетаются новейших архитектура, возможностьиспользования современных программных технологий, мощные сетевые и графическиесредства, высокий уровень промышленной стандартизации и надёжности, открытостьи широчайший выбор расширений ввода/вывода для решения разнообразных задач.

На конференции WinHEC представители компании Microsoftпредложили полностью отказаться от устаревших технологий ПК или жесткоограничить их применение. Отжившие свой век шины ISA, COM, LP, KB и LP портовбыло предложено заменить на PCI, USB и FireWire IEEE1394. Рынок desktop ПК ирабочих станций к этому практически готов, а CompactPCI-контроллеры INOVAComputers подтверждают готовность и промышленного рынка.

              Сегодня в России вопросы"стандартности" и "совместимости" промышленных компьютерныхплатформ, к сожалению, являются предметом маркетинговых спекуляций. Непонятноза кого принимают отечественных специалистов, ведь очевидно, что, как минимум, "стандартной"платформой можно назвать ту, которая обладая точно специфицированнымиэлектрическими, логическими и механическими свойствами поддерживается всерийном 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, любогопроизводителя, может быть прямо, без адаптации, включена в механическийконструктив любого производителя или, что не совсем одно и тоже, механическийконструктив любого производителя может без адаптации принять любую плату любогопроизводителя, действующего в рамках коллегиально оговореннойспецификации". Наличие подтверждающего статуса МЭК, ANSI, IEEE, ГОСТ ит.п. очень желательно.

          ПлатформаCompactPCI необходима многим, в том числе:

·    проектировщикам конечныхпромышленных систем, строящих свои решения на базе обычных, офисных ПК ирабочих станций, когда функциональный и организационный (например: скорость иудобство восстановления системы.) уровень надежности решений оказываетсянедостаточным;

·    проектировщикам встраиваемыхсистем на базе как офисных, так и "полупромышленных" компьютеров,имеющих ограничения по поддержке современного PCI-ориентированноговвода/вывода;

·    проектировщикам систем, ранееиспользовавшим MS DOS-технологии создания встроенного ПО и переходящим насовременный многозадачный Windows NT/CE-уровень;

·    проектировщикам промышленных РС/АТ- ориентированных встраиваемых систем, ранее использовавшим различныенестандартные платформы, особенно на базе ISA-архитектуры, для обеспечениявысокого уровня унификации и стандартизации своих разработок, а также ихпромышленной надёжности, функциональности и удобства эксплуатации присохранении прежнего уровня цен;

·    проектировщикам конечныхпромышленных встраиваемых РС/АТ-совместимых систем, компактных и потребляющихминимум энергии поддерживающих развитые сетевые и/или графические интерфейсы,работу в широком температурном диапазоне и быстрые параметры восстановления.

Приложение 1

Рисунок1.Внешний вид 3U CompactPCIодноплатного компьютера ICP-K233

Рисунок2.Общая структурная схема модулейICP-K233 и ICP-S86133 компании INOVA.

Рисунок 3.Структурныйдизайн компоновки

Приложение 2

Таблица 1. Основные технические характеристикисуществующих и перспективных одноплатных 3U CompactPCI компьютеров/контроллеровкомпании INOVA

3.   Литература

1.При написании реферата использовалась сервер в Интернете находящийся по адресу http://www.compactpci.ru

[1]Рисунки 1,2,3 представлены в приложении 1.