Системний інтерфейс CompactPCI

Системний інтерфейс CompactPCI і його архітектура CompactPCI модулів центральних процесорів фірми INOVA

Що таке стандарт CompactPCI?

1.1 Введення

CompactPCI - це стандарт, що описує сучасну високопродуктивну магістральних - модульну систему (конструктив, електричні та логічні параметри) для промислових, телекомунікаційних та графічних вбудованих комп'ютерних програм підвищеної надійності. В основі електричних і логічних параметрів стандарту лежать специфікації самого популярного стандарту "офісних" комп'ютерів - PCI, механічна основа - Еврокарти формату 3U (100х160 мм) і 6U (233х160 мм).

На відміну від звичайних PCI модулів для настільних офісних комп'ютерів, у CompactPCI-модулях як шинних роз'ємів використовуються високонадійні пятірядние 235 - контактні роз'єми з кроком 2 мм, що відповідають стандартам МЕК і Belcore. CompactPCI-плати встановлюються в стандартні еврокрейти стійкового, настінного або настільного виконання з лицьової сторони. Канали вводу-виводу можуть підключатися до CompactPCI-платі за допомогою роз'ємів, що встановлюються на її лицьовій панелі або приєднуються до її шинного роз'єму, розташованому на тильній стороні плати.

Відносно CompactPCI, як відкритої і стандартною технологією промислових PCI комп'ютерів/контролерів, існує мало ким заперечує справедливе твердження: "Жоден фаховий інженер не може залишитися байдужим до краси ідеології, надійності і функціональними можливостями CompactPCI. Жоден фаховий менеджер не може не оцінити привабливість CompactPCI для надійних довгострокових інвестицій ".

Стандарт CompactPCI був розроблений в 1995 році фахівцями компаній DEС, GESPAC, I-Bus, ProLog, Teknor, AMP, Ziatech і Hybricon в рамках асоціації PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturer's Group).

В даний час в асоціацію PICMG входять понад 300 фірм-виробників комп'ютерного обладнання. Основний обов'язок членів асоціації - розробка, розвиток і підтримка специфікацій систем промислової автоматизації на базі шини PCI. У PICMG входять такі відомі компанії як Intel, Motorola, IBM, Sun, DEC, Compaq Computers, Texas Microsystems, Lucent Technologies, Mitel, PEP Modular Computers, SBS Green Spring Computers, VMIC і Force.

Першою публікацією PICMG (1995 рік) була специфікація пасивної крос - плати (backplane), що використовує для шин ISA і PCI стандартний для РС (дешевий, але ненадійний по суті, малопридатні для промислових додатків) спосіб підключення модулів за допомогою ламельної, кромкового роз'єму (контактні площадки роз'єму нанесені на крайку плати). Саме на основі цієї специфікації пасивної ISA & PCI крос - плати проводяться так звані "напівпромислові" комп'ютери.

PICMG розробила специфікації інтерфейсних контролерів PCI-PCI (PCI-PCI bridges) для об'єднання кілька пасивних PCI-крос-плат. В даний час комітети PICMG завершили роботу над стандартом CompactPCI версії 2.1.

Останні зусилля фахівців PICMG спрямовані на розробку специфікацій стандарту CompactPCI, що визначають можливість заміни модулів без виключення живлення в системах підвищеної надійності (hot swapping boards in a live system) і специфікацій систем, що використовують внутрішній телефонний шину Н110.

1.2. Області у яких використовуються комп'ютерні системи на базі CompactPCI.

CompactPCI призначений для створення комп'ютерних систем реального часу, що використовуються в промисловій автоматизації, комп'ютерної телефонії, телекомунікаційних системах, в системах збору й обробки даних, в тренажерах і стендовій обладнанні, в системах спеціального (військового) застосування і т.п. Шина CompactPCI використовується в основному, там, де потрібно:

оптимальні можливості для роботи сучасних Pentium, PentiumMMX, PentiumPRO, Pentium II, PowerPC, ALPHA, UltraSPARC і перспективних мікропроцесорів;

модульність побудови системи;

промислова надійність, стійкість до температурних впливів, вібрації, пилу, електромагнітних перешкод І.Д.;

зменшені вага і габарити;

простота модернізації та зручність обслуговування;

малий час відновлення системи і поліпшені характеристики ремонтопридатності;

середньо і високопродуктивна обробка даних;

підтримка виробником її промислових компонентів протягом тривалого періоду часу;

Внаслідок високої пропускної здатності шини PCI, застосування CompactPCI-модулів найбільш очевидно для створення високопродуктивних комунікаційних комп'ютерних систем, надійних промислових, наукових, медичних і військових систем (промислові комп'ютери і контролери), оптимально використовують властивості сучасних мікропроцесорів і т.д. Можливість заміни модуля без виключення живлення ( "гарячої заміни"), робить використання CompactPCI-модулів в подібних пристроях надзвичайно перспективним.

1.3. Основні особливості та переваги CompactPCI-комп'ютерів.

Стандарт CompactPCI, у порівнянні зі стандартом PCI для настільних персональних комп'ютерів, має, принаймні дві найважливіші переваги:

подвійну кількість слотів розширення пасивної крос - плати: 8 проти 4;

значно більш пристосовану для промислових систем механічну конструкцію.

CompactPCI-модулі розробляються з урахуванням того, що вони будуть вставлятися і видалятися з фронтальної сторони Крейт. Модулі щільно встановлюються в Крейт з використанням направляючих і, після фіксації, жорстко закріплюються гвинтами.

Конструкція модулів забезпечує перевірену роками успішної експлуатації схему щільного чотирьохточковими кріплення і досконалу, таку необхідну для сучасної КМОП - мікроелектроніки, захист від електростатичних розрядів при встановленні модулів в каркас.

Вертикальна установка модулів сприяє їх ефективної природної або примусової вентиляції.

Використовувані в CompactPCI-модулях промислові роз'єми штирьовий типу значно більш надійні, мають кращі характеристики за стійкістю до ударів, вібрації, пило і бризок захисту, ніж роз'єми застосовувані для PCI-модулів звичайних настільних персональних комп'ютерів. Сигнальні і живлять контакти CompactPCI-роз'єми конструктивно виконані так, що можливе встановлення та заміна модуля без виключення живлення Крейт, що надзвичайно важливо в системах підвищеної надійності і що не реалізовано ні в настільних PCI-комп'ютерах, ні в "напівпромислових" персональних комп'ютерах з пасивною ISA & PCI магістраллю, які в цьому сенсі нічим не відрізняються від звичайних домашніх комп'ютерів.

Канали вводу-виводу можуть підключатися до CompactPCI-платі за допомогою роз'ємів, що встановлюються на її лицьовій панелі (фронтальне підключення) або приєднуються до її шинного роз'єму, розташованому на тильній стороні плати (тильне підключення). Тильне підключення модулів вводу-виводу особливо важливо для систем телефонії і телекомунікацій, для промислових систем вимагають максимально швидкого ремонту.

Специфікації CompactPCI відповідають новітньому стандарту IEEE1101.11, який визначає вимоги до спеціалізованих платам підключення модулів вводу-виводу. Це забезпечує універсальний метод підключення каналів вводу-виводу до тильної сторони CompactPCI-плати.

1.4. Можливість системи CompactPCI мати більше 8 слотів.

Кількість настановних місць для пасивної (що не містить активних напівпровідникових компонентів) CompactPCI крос - плати обмежено 8 слотами (в 2 рази більше, ніж в настільних комп'ютерах!) і визначається електричними параметрами крос - плати. Ця кількість може бути збільшена з використанням інтерфейсних контролерів-мостів які використовують принцип створення "супер буфера" на стику пари пасивних CompactPCI крос-плат. Переривання, дані, інформація для ініціалізації плати автоматично передається між крос - платами з використанням подібних "мостів" PCI-PCI. Одна з переваг використання "мостів PCI-PCI" полягає в тому, що можна одночасно запустити обмін даними в двох напрямках (організувати дуплексний обмін між двома пасивними PCI крос - платами). Використовуючи "мости" можна створити CompactPCI системи, що містять 20 і більше слотів. Інтелектуальні інтерфейсні контролери PCI-PCI (подібні Intel 960RP) з вбудованими RISC процесорами можуть бути використані для побудови дуже потужних комп'ютерних систем, в яких основний процесор може бути звільнений від обов'язків управління локальною шиною PCI, передаючи функції управління обмінами по шині вбудованому RISC процесора інтерфейсного " моста ".

1.5. Мікропроцесори що використовуються в CompactPCI-системах.

Хоча стандарт PCI спочатку був розроблений для локальної шини комп'ютерів, що використовують мікропроцесори серії i80х86, в даний час локальна шина PCI використовується в комп'ютерних системах на базі мікропроцесорів Pentium, PentiumMMX, PentiumPro, PentiumII, PowerPC, MPC860, MC68360, Alpha, DSP і ін

PCI - найпоширеніша локальна шина для комп'ютерів виконаних на базі сучасних мікропроцесорів. CompactPCI є 100% електричним і логічним аналогом PCI, його схемотехніка на увазі повне використання всього величезного парку недорогих PCI-напівпровідників і, як наслідок, всі названі комп'ютерні архітектури реалізуються в CompactPCI точно так само.

1.6.Склонность CompactPCI-продуктів до швидкого старіння.

CompactPCI-продукти розраховані на використання в комп'ютерних системах, що створюються професіоналами, до яких пред'являються підвищені вимоги по надійності, довготривалості використання і стабільності поставок конкретних моделей устаткування протягом довгого періоду часу (на відміну від ринку настільних персональних комп'ютерів, де часта зміна номенклатури - звичне явище, для якого стабільність випуску конкретних моделей далеко не головне). Провідні виробники устаткування в стандарті CompactPCI, що входять в асоціацію PICMG (наприклад MOTOROLA, DEC ..), мають багаторічний досвід роботи на ринку OEM-виробників та системних інтеграторів, що набули значного досвіду у створенні продукції, захищеної від раннього старіння. Це досягається дуже ретельним відбором електронних компонентів і навіть, у багатьох випадках, створення їх запасів на складах фірм, що забезпечує випуск устаткування протягом декількох років, навіть після припинення випуску виробниками складових його електронних компонентів.

1.7. Особливості драйверів PCI і CompactPCI пристроїв.

У силу того, що стандарт PCI був розроблений фірмою Intel для стрімко зростаючого ринку персональних комп'ютерів, у ньому ретельно опрацьовані проблеми спрощення інтеграції драйверів периферійних пристроїв в комплекс програмного забезпечення, що керує роботою комп'ютера. Наприклад, усі PCI або, що абсолютно одне і те ж, CompactPCI пристрої мають набір з 256 регістрів, які містять інформацію про пристрій (ідентифікаційні параметри пристрою, адреси його регістрів, рівні і типи переривань і т.п.). В результаті, при старті операційної системи можна автоматично ідентифікувати пристрій, підключений до шини, конфігурувати його з урахуванням що зберігаються в регістрах налаштування параметрів без встановлення або зняття спеціальних ключів. Концепція "plug and play" є ключовою для стандарту PCI і практично усуває часто неминучі помилки при встановленні вручну базових адрес пристрої, режимів його роботи і т.д.

1.8. Особливості системної інтеграції CompactPCI-систем.

Практично кожен сучасний комп'ютер має локальну шину PCI, незалежно від того, чи має він можливість підключення додаткових PCI-пристроїв, хоча зазвичай ця можливість присутня обов'язково. Це стосується всіх комп'ютерних систем побудованих на базі мікропроцесорів Pentium, Alpha або PowerPC. Стандарт CompactPCI робить можливим створення промислових комп'ютерних систем повністю сумісних з офісними, які можуть управлятися стандартними операційними системами (MSDOS, Windows 95/NT, UNIX, ОС реального часу) і на яких зможуть працювати без модифікації десятки тисяч готових прикладних програмних продуктів, розроблених раніше. Іншими словами найбільш дорогу частину сучасного проекту, розробку прикладної математики, можна здійснювати на звичайних офісних комп'ютерних PCI-платформах.

1.9. Операційні системи які можуть керувати CompactPCI-комп'ютерами.

CompactPCI - комп'ютери на базі мікропроцесорів Pentium можуть управлятися будь-якою операційною системою, що працює на звичайному персональному комп'ютері: MS-DOS, Windows 3.xx, Windows 95, Windows NT, OS/2, BSD UNIX, LINUX, Solaris ... CompactPCI-комп'ютери на базі мікропроцесорів PowerPC можуть працювати під управлінням операційних систем AIX, Solaris, MacOS і найширшого спектру операційних систем реального часу від провідних світових постачальників. Те ж саме можна сказати про CompactPCI процесорах Alpha. Будь-яка операційна система, що працює на цих процесорах для настільних офісних комп'ютерів - буде без модернізації працювати в CompactPCI.

1.10. Операційні системи реального часу для CompactPCI-комп'ютерів.

Масштабована продуктивність CompactPCI-комп'ютерів, в основному, задовольняє більшості систем реального часу - від управління виробництвом і систем швидкого збору і обробки даних до модульних малогабаритних промислових PLC. Операційні системи реального часу, такі як OS-9, QNX, pSOS, VxWorks, LynxOS (всього понад 100) зможуть показати чудові результати при роботі з CompactPCI-комп'ютерами, також як і версії Windows NT реального часу, які вже є на світовому ринку.

1.11. Найпопулярніша операційна система сьогодні для CompactPCI систем.

Однозначної відповіді на це питання немає. Якщо говорити про системи загального призначення або системах "м'якого" реального часу, коли допустимі часи реакції системи вище десятків мілісекунд - найбільш популярною операційною системою є MS Windows NT, яка може бути використана як сама по собі, так і з різними розширеннями реального часу. Обчислювальна потужність і ресурси пам'яті сучасних одноплатні CompactPCI комп'ютерів/контролерів при досить розумних цінах дозволяють використовувати Windows NT для дуже широкого спектру додатків. Для прикладу можна навести ресурси новітнього флагманського одноплатні 3U формату (всього лише 100х160 мм!!!) СompactPCI контролера/комп'ютера компанії 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 або CAN), CompactPCI 64 bit. Якщо говорити про системи "жорсткого" реального часу, то, за різними оцінками, "золота" п'ятірка найбільш популярних операційних систем реального часу виглядає таким чином: pSOS +, VxWorks, LynxOS, OS9, QNX.

1.12. Майбутні модулі CompactPCI-які будуть здійснюватися в найближчим часом.

CompactPCI - комп'ютери на базі мікропроцесорів Pentium/MMX/PRO, PowerPC, Alpha, MIPS, DSP виробляються в даний час багатьма фірмами, серед яких світові лідери комп'ютерної індустрії, що гарантують довготривалу стабільність будь-яким проектом. Крім цього вже існують CompactPCI-модулі вводу-виводу, такі як FastEthernet, ATM, FibreChannel, RMN/RTnet, швидкий SCSI, графічні SVGA контролери, АЦП/ЦАП, контролери оптоволоконних каналів зв'язку, графічні процесори, фрейм граббери і т.п. Величезні можливості організації дуже широкого спектру введення/виводу надають стандартні мезонінні технології типу Industry Pack і PMC (PCI Mezzanine Card).

1.13. Вартість CompactPCI-модуля.

CompactPCI-модулі характеризуються відмінною продуктивністю з одного боку і, з іншого боку виробляються на базі широко доступних PCI електронних компонентів, що випускаються у величезних обсягах і тому недорогих.

1.14 Прості і швидкі способи проектування власних CompactPCI модулів вводу/виводу.

Існує два найбільш простих і зрозумілих способи:

Якщо ви вже маєте якісь власні PCI-розробки для настільного комп'ютера - просто, без будь-яких змін, переведіть їх у конструктив CompactPCI. Вам не доведеться навіть коректувати математичне забезпечення для ваших плат.

Найпростіший і швидкий спосіб спроектувати власну CompactPCI плату введення/виводу, навіть без знань PCI шини: провести її самостійну компонування з використанням стандартних платформонезалежних мезонинних модулів вводу/виводу IndustryPack (IP) і/або PMC. Вибір IP або PMC визначається вимогами продуктивності до системи.

Якщо потрібен CompactPCI-модуль формату 6U з функціями: MIL1553B, 8 каналів АЦП, 8 каналів RS232 і 40 каналів цифрового введення/виводу. Просто треба купити плату-носій cPCI-200 (CompactPCI плата-носій модулів IP), яка дозволяє встановити до 4 стандартних IndustryPack модулів. Підібрати необхідний склад модулів IndustryPack з необхідними Вам функціями і встановіть їх на плату-носій cPCI-200. Модуль CompactPCI з необхідними вам функціями готовий. Встановити його в Крейт CompactPCI і починайте роботу. Навіть за наявності 90 IndustryPack модулів (на ринку їх значно більше!) Можна бис?? ро скомпонувати більш 12.000.000 різних варіантів рішень тільки на базі одного стандартного одноплатні носія сPCI2000 і створити високооптімізірованную саме під ваше завдання CompactPCI систему введення/виводу.

1.15. Компанії лідирують на світовому ринку CompactPCI продукції.

Що стосується комп'ютерних CompactPCI компонентів і базових апаратних платформ (процесори + механіка) то, після придбання в кінці 1997 року фірмою MOTOROLA відомої американської корпорації ProLog, MOTOROLA стала найбільшим світовим виробником CompactPCI продукції формату 6U для ОЕМ ринку і ринку системної інтеграції. MOTOROLA забезпечує постійно розширюється спектр CompactPCI процесорних компонентів на базі Pentium, PentiumMMX, PentiumPRO, SMP PentiumPRO, PowerPC 750, спектр механічних CompactPCI 6U компонентів з п'ятирічної гарантією. Великими гравцями на "поле" 6U CompactPCI продукції стали знамениті американські компанії FORCE (Pentium, UltraSPARC, MC68360) і DEC (Alpha). Що стосується виробників пристроїв введення/виводу для CompactPCI систем 3U і 6U форматів, то сьогодні максимальний спектр рішень пропонує компанія SBS Green Spring Computer.

1.16. Темп розвитку CompactPCI.

. У 1996 році обсяг збуту CompactPCI продукції знаходився практично в "зародковому" стані не перевищуючи кордон 1-2 мільйонів доларів. Але вже в 1997 році обсяги пілотних проектів оцінювалися в суму понад 200 млн. доларів. Завдяки величезному інтересу OEM-споживачів і системних інтеграторів в 1997 році на ринок CompactPCI продукції прийшли найбільші світові компанії - традиційні виробники відкритих магістральної-модульних систем для промислових і комунікаційних програм: MOTOROLA, FORCE, DEC, PEP Modular Computers, SBS, VMIC і багато інших . Це буде означати ще більше прискорення в розвитку ринку CompactPCI. Можна з упевненістю сказати, що CompactPCI дійсно є бестселером професійного комп'ютерного ринку, дуже привабливою відкритої технологією для надійних довгострокових інвестицій у сфері промислової автоматизації та комунікацій.

2. Архітектура модулів центральних CompactPCI-процесорів INOVA

Багато в чому саме модулі центральних процесорів INOVA, "серце" кінцевого рішення, визначають можливість застосування цієї техніки для вирішення тих чи інших завдань вбудованих промислових додатків. Навіть їх попередній аналіз дає уявлення про можливості сучасного промислового PCI-дизайну, і стає зрозуміло, чому він так швидко завоював промисловий і комунікаційний ринок вбудованих систем.

Перерахуємо самі загальні ідеї, що визначили дизайн модулів центральних процесорів.

Стовідсоткова РС/АТ сумісність з усіма стандартними функціями введення/виводу класичної материнської плати: COM 1/2, LP, EIDE/FDD, KBoard, Mouse.

Достатня кількість пам'яті, мережевих і графічних ресурсів для роботи з різноманітним системним і прикладним ПЗ, перш за все на базі NT, навіть у бездискових конфігураціях, за доступних цін на обладнання.

Можливість ефективної роботи з усіма ключовими комунікаційними технологіями зі світу промислових (Fieldbus типу Profibus, CAN, LonWorks, Interbus-S, DeviceNet і ASi) і desktop додатків (100/10 Ethernet, USB, FireWire IEEE1394, RS232).

Гнучкість, модульна і опционально мережевих, графічних ресурсів і ресурсів пам'яті типу SDRAM та FLASH.

Компонування апаратних ресурсів обчислювального, мережевого, графічного і дискового вузла за принципом: "все необхідне на одній платі".

Мінімальне енергоспоживання;

вібростійкі конструкція і можливість реалізації систем як в стандартному (0-700С), так і в розширеному (-400 +850 С) температурному діапазоні.

Дизайн "мінімальної вартості", що використовує новітні технології виробництва друкованих плат та автоматизованої збірки.

Використання недорогих напівпровідникових компонентів, з гарантією постачань не менше 5 років від підприємства-виробника.

На основі цих принципів компанія INOVA виробляє два типи 3U CompactPCI центральних host-процесора:

ICP-S86133 - недорогий модуль формату 3U для низькопродуктивний вбудованих систем контролерних рівня на базі інтегрованих процесорів типу 586/133 МГц фірми Tompson SGS-ST-PC. Може використовуватися в системах з розширеним (-400 +850 С) температурним діапазоном.

ICP-K233 - недорогий модуль формату 3U для среднепроізводітельних вбудованих додатків на базі процесорів типу PentiumII молодших версій (менше 300 МГц) і AMD K6/233-300 МГц.

Модулі мають однакові функціональні характеристики, за винятком чіпа центрального процесора - використовується одна і таж базова процесорна плата, що веде до уніфікації конструкції і зниження вартості виробництва.

ICP-Future - знаходиться в стадії розробки модуль формату 3U для високопродуктивних вбудованих промислових додатків на базі процесорів AMD K7 (класу PentiumII більше 300 МГц).

Дуже важливо підкреслити останній принцип дизайну процесорних модулів компанії INOVA. Скажімо, щодо використання чіпів центральних процесорів, для того щоб реально забезпечити термін гарантії 5 років для промислових контролерів, мінімальну вартість і енергоспоживання поряд з високими (саме для вбудованих систем) робочі характеристики, фахівці INOVA відмовилися від використання мікропроцесорів Intel на користь AMD і TOMPSON . Компанія AMD гарантує п'ятирічний термін поставки кристалів AMD K6/233 МГц (ОЕМ-версія для вбудованих додатків з низьким рівнем енергоспоживання, виконана по 0.25 мкм технології з харчуванням 2.2 В (ядро) та 3.3 В (система введення/виводу)).

Процесор AMD K6 (tm)/233 має приблизно таку ж продуктивність, як Intel PentiumII/233, але він дешевше і, головне, забезпечує менше енергоспоживання і зручну конструкцію для вбудованих промислових додатків, де дуже важливо забезпечити прийнятні габарити, термо і вібростійкість.

Тепер подивимося, що значить новітній промисловий CompactPCI-дизайн. Зовнішній вигляд 3U CompactPCI одноплатні комп'ютера ICP-K233 показаний на рис.1. На рис. 2 наведена загальна структурна схема модулів ICP-K233 та ICP-S86133 компанії INOVA. Структурний дизайн компонування показаний на рис.3.

Всі системи мають Ethernet 100/10 BaseT/TX, PCI, працюють з Serial USB + Firewire (IEEE1394, до 400 Mbit/s), володіють системою в/в PC/AT I/O COM1, COM2, LP, АТ Keyboard і Mouse, опціонально на платі можуть нести Fieldbus Profibus, CAN, LON, Interbus-S, DeviceNet і Asi .. Інтерфейс System bus Interface для всіх моделей - це CompactPCI, 32bit/33 MHz. Напрацювання на відмову (MTBF) становить від 100 тис. годин.

2.1 Зміна поколінь

Сучасний промисловий CompactPCI-дизайн орієнтований, перш за все, на "вимивання" застарілих промислових вбудованих технологій, заснованих на шині ISA. По суті, загальна еволюція настільних ПК і робочих станцій знайшла відображення і в зміні промислового дизайну. Саме шина ISA являє собою один з найдавніших бар'єрів на шляху ефективного використання сучасного програмного забезпечення. Час зміни поколінь справді - на 3U CompactPCI платформі, при подібних вимогах до конфігурації, виходять обчислювальні мережеві/графічні/дискові вузли як мінімум в 50 разів більш ефективні з точки зору співвідношення ціна/продуктивність тих, що лежать в основі класичної ISA-шини, тим більше її 8-розрядного варіанта.

Іншими словами, сучасний промисловий CompactPCI-дизайн, забезпечуючи принципово порівнянні абсолютні ціни кінцевих рішень обчислювального/мережевого/графічного ядра в аналогічних конфігураціях, в порівнянні з ISA-рішеннями для будь-якого температурного діапазону (такими як класичний варіант стандарту PC-104 або ISA -варіації типу microPC від незалежних виробників), дає виграш, як мінімум, у кілька десятків разів у відносній ціні. Не кажучи вже про перевагу в обсязі компонування, зручності експлуатації і промислової надійності поряд з довготривалої упевненістю вкладення інвестицій в апробований великими виробниками новітній промисловий стандарт. Основні технічні характеристики існуючих та перспективних одноплатні 3U CompactPCI комп'ютерів/контролерів компанії INOVA зведені в Таблиці 1, яка представлена у додатку.

Ситуація по суті справи схожа з тією, коли в автомагазині вам пропонують купити "Мерседес" або "Запорожець" за одні й ті ж гроші. Правда, в автомагазині вам цього реально ніколи не запропонують. А ось на комп'ютерному ринку така ситуація з цінами і функціональністю дійсно можлива, саме завдяки новітнім досягненням в області сучасного промислового PCI-дизайну.

2.2 CompactPCI контролери INOVA - "середовище існування" Windows NT

РС/АТ-сумісні контролери компанії INOVA Computers здатні працювати з будь-яким ПО розробленим для даної платформи. Це перш за все ОС DOS, Windows 3.xx, Windows 95/98, WindowsCE, NT і відповідний спектр програмного забезпечення над ними; ОС OS/2, UNIX, Solaris; комерційні багатозадачні операційні системи реального часу типу VxWorks, OS9, QNX, LynxOS , OSE, pSOS + тощо; некомерційні операційні системи, дуже пристойної якості, типу LINUX та ін

Проте, не дивлячись на такий багатий вибір можливих програмних платформ, CompactPCI контролери INOVA Computers спеціально для роботи з NT і, відповідно, WindowsCE як базовими платформами для реалізації вбудованого програмного забезпечення. Ще недавно використання NT в цій галузі здавалося нереальним через дорожнечу обладнання, настороженого ставлення до NT як такої ще з цілого ряду причин. Сьогодні ситуація на ринку принципово інша. Зокрема, вартість апаратної платформи, здатної забезпечити гарну "середовище проживання" для NT вже і у вбудованих промислових/комунікаційних додатках, завдяки не в останню чергу PCI-дизайну, різко впала і вже нікого не лякає.

Крім того NT стала звичною для всіх, а супутнє їй ПО визнано кращим навіть комп'ютерними піратами, які продають за копійки її CD-ROM копії на кожному розі.

Професійні вітчизняні програмісти старшого покоління, що переходять сьогодні на NT (Win32 API) рішення, із задоволенням згадують часи RT11/РАФОС і RSX-11M і здригаються при згадці про MS DOS. Нове покоління знає MS DOS тільки з чуток. Їм пощастило ... Ще більше пощастило тим, хто з MS DOS у професійній діяльності з різних причин не зіткнувся зовсім (і вже абсолютними щасливчиками я б назвав тих, хто працює виключно з ОС UNIX).

Малогабаритні 3U CompactPCI контролери компанії INOVA Computers є оптимальною середовищем для використання NT для вбудованих додатків. Не вдаючись у технічні подробиці, визначимо основні можливості застосування NT у вбудованих промислових/комунікаційних системах з використанням CompactPCI контролерів INOVA Computers:

NT "сама по собі". Використовується в дискових конфігураціях для створення надійних вбудованих систем "комп'ютерного" рівня нереального або м'якого реального часу, з підтримкою графіки, мереж, клавіатури і об'єктного введення/виводу (ПЗО);

NT, скомпонована для роботи в бездискових конфігураціях (завантажується з наплатного FLASH-диску, CD-ROM або через мережу) для вбудованих програм "контролерних" рівня м'якого реального часу, з підтримкою (або без підтримки) графічного контролера і клавіатури; зручна для розробки високонадійних видалених мережних або "stand alone" контролерів загального призначення;

NT з розширеннями реального часу типу RTX (Real Time eXtension) компаній VenturCom або LP Elektronik. Розширення реального часу і компонує NT інструментарій виробництва VenturCom дозволяють розробляти детерміновані багатозадачні вбудовувані програми жорсткого реального часу як у дискових, так і в бездискових конфігураціях, забезпечують простий доступ до заліза "напряму", усувають "файл підкачки", різко скорочують швидкість завантаження, вирішують проблему "блакитного екрану" NT та ін Дуже зручне рішення для створення високонадійних мережних або "stand alone" промислових контролерів реального часу з підтримкою локальних графічних функцій (або без неї).

Багаті можливості надає проектувальникам вбудованих систем використання WindowsCE компанії VenturCom з розширеннями реального часу (або без них), залежно від класу вирішуваних завдань.

Для розробників систем, що вимагають максимально жорсткого детермінізму можна як і раніше рекомендувати використання систем VxWorks, OS9, QNX., LynxOS, pSOS + і т.п. Якщо ж для реалізації системи реального часу, особливо з точки зору організації введення/виводу, архітектурних можливостей PCI-шини недостатньо, слід перейти на пошук рішення на платформі VMEbus.

2.3 Деякі типові конфігурації

Обмежений обсяг статті не дозволяє докладно розглянути різні варіанти типових промислових конфігурацій з використанням CompactPCI контролерів INOVA Computers. Перерахуємо лише деякі з них:

Типовий надійний, малогабаритний комп'ютер, який виконує всі можливі функції промислового ПК: забезпечує якісний людино-машинний інтерфейс з оператором і служить для доступу до іскальной мережі та корпоративним архівів. Ідеальний вбудовується варіант для ефективної підтримки WindowsNT SCADA-систем типу InTOUCH 7.0, FIX, Трейсі Моуді і т.п. Можна створити навіть вбудований варіант NT SQL-сервера.

Мережний дисковий або Бездисковий контролер "середнього", цехового рівня, що підтримує як будь-які промислові PLC і/або виконавчі пристрої нижнього рівня через стандартні промислові мережі, так і роботу в мережі з операторськими та/або архівними комп'ютерами більш високого рівня;

Промисловий Бездисковий контролер нижнього рівня, що підтримує Об'єктовий введення/висновок, роботу в мережі і, при необхідності, графічний користувальницький SVGA-інтерфейс.

Глибоко вбудований, малогабаритний, Бездисковий контролер "приладового рівня", що підтримує винятково Об'єктовий введення/виведення.

2.4 Можливості введення/виводу

Контролери CompactPCI компанії INOVA мають гнучкий магістральної-модульний дизайн і підтримують широкий спектр пристроїв введення/виводу. Зупинимося докладніше на деяких основних позиціях, що визначають характер організації введення/виводу в СompactPCI контролерах INOVA.

Число каналів введення/виводу визначається, перш за все, кількістю слотів розширення в 3U CompactPCI каркасі. На CompactPCI магістралі може бути 4, 6, 7 або 8 слотів розширення.

Сьогодні на ринку представлено дуже багато різних пристроїв введення/виводу. Це і недорогі модулі аналогового, цифрового введення/виводу, модулі керування двигунами і PCMCIA, виконані за host-технології проектування, це і найширший спектр стандартних аналогових, цифрових, комунікаційних, мережевих, відео, аудіо та інтерфейсних мезонинних архітектур введення/виводу типу IndustryPack, PMC і PC-MIP.

Введення/висновок можна організувати можлива як через передню панель, так і через вільні, невживані контакти системного роз'єму на пасивної об'єднує PCI-магістралі.

Під час створення на базі малогабаритного 3U формату CompactPCI комп'ютера/контролера INOVA з використанням восьміслотной CompactPCI-магістралі енергетичного телекомунікаційного центру можна забезпечити підтримку від 4 до 100 синхронних/асинхронних каналів введення/виводу типу RS232/422/485 з глибокими FIFO в кожному каналі прийому і передачі. Сьогодні для підтримки будь-якого типу каналу введення/виводу на платформі CompactPCI обмежень вже практично не існує, будь то бортові мережі типу MIL1553B/ARINC або різноманітні АЦП/ЦАП, PCMCIA інтерфейс або DSP-співпроцесор, ISDN або X25 канал.

Модулі ПЗО виробництва компанії INOVA відрізняються низькою вартістю і можливістю роботи як в стандартному, так і в розширеному температурному діапазоні. Крім того, цифровий введення/виводу відповідає в них вимогам стандарту МЕК1131-2 (за рівнями гальваноразвязкі, діапазонів вхідних сигналів і т.д.), а в модулях аналогового введення/виводу (універсальні багатоканальні АЦП/12-14 біт, введення з термопар і терморезисторів) гальванічна розв'язка забезпечується не тільки за схемою канал-система, але й за схемою канал-канал.

2.5 Висновок

Малогабаритні 3U формату CompactPCI контролери INOVA Computers по праву можуть називатися представниками нового покоління сучасних вбудованих промислових і комунікаційних комп'ютерів/контролерів. У них чудово як з технічної, так і з фінансової точки зору, поєднуються новітніх архітектура, можливість використання сучасних програмних технологій, потужні мережеві та графічні засоби, високий рівень промислової стандартизації та надійності, відкритість і найширший вибір розширень введення/виводу для вирішення різноманітних завдань.

На конференції WinHEC представники компанії Microsoft запропонували повністю відмовитися від застарілих технологій ПК або жорстко обмежити їх застосування. Віджилі свій вік шини ISA, COM, LP, KB і LP портів було запропоновано замінити на PCI, USB і FireWire IEEE1394. Ринок desktop ПК і робочих станцій до цього практично готовий, а CompactPCI-контролери INOVA Computers підтверджують готовність і промислового ринку.

Сьогодні в Росії питання "стандартності" і "сумісності" промисл?? нних комп'ютерних платформ, на жаль, є предметом маркетингових спекуляцій. Незрозуміло за кого беруть вітчизняних фахівців, адже очевидно, що, як мінімум, "стандартної" платформою можна назвати ту, яка володіючи точно специфіковані електричними, логічними і механічними властивостями підтримується в серійному виробництві великою кількістю великих (класу IBM, MOTOROLA, SIEMENS, DEC, HP, FORCE, SUN, VERO тощо) незалежних фірм-виробників. Крім того, в ній має дотримуватися простий принцип: "Будь-яка плата, будь-якого виробника, може бути прямо, без адаптації, включена в механічний конструктив будь-якого виробника або, що не зовсім одне і теж, механічний конструктив будь-якого виробника може без адаптації прийняти будь-яку плату будь-якого виробника, що діє в рамках колегіально обумовленої специфікації ". Наявність підтверджує статусу МЕК, ANSI, IEEE, ДСТУ і т.п. дуже бажано.

Платформа CompactPCI необхідна багатьом, у тому числі:

проектувальникам кінцевих промислових систем, які будують свої рішення на базі звичайних, офісних ПК і робочих станцій, коли функціональний і організаційний (наприклад: швидкість і зручність відновлення системи.) рівень надійності рішень виявляється недостатнім;

проектувальникам вбудованих систем на базі як офісних, так і "напівпромислових" комп'ютерів, що мають обмеження щодо підтримки сучасного PCI-орієнтованого введення/виводу;

проектувальникам систем, раніше використав MS DOS-технології створення вбудованого ПЗ та перехідним на сучасний багатозадачний Windows NT/CE-рівень;

проектувальникам промислових РС/АТ - орієнтованих вбудованих систем, раніше використовували різні нестандартні платформи, особливо на базі ISA-архітектури, для забезпечення високого рівня уніфікації та стандартизації своїх розробок, а також їх промислової надійності, функціональності і зручності експлуатації при збереженні колишнього рівня цін;

проектувальникам кінцевих промислових вбудованих РС/АТ-сумісних систем, компактних і споживають мінімум енергії підтримують розвинені мережеві і/або графічні інтерфейси, роботу в широкому температурному діапазоні і швидкі параметри відновлення.

Додаток

Таблиця 1. Основні технічні характеристики існуючих та перспективних одноплатні 3U CompactPCI комп'ютерів/контролерів компанії INOVA

Характеристика

ICP-S86133

ICP-Future (в розробці)

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

2-4 Мбайт

FLASH Disk

2 - 32 Мбайт

2 - 128 Мбайт

SVGA (опціонально на платі)

2/4 MB S3/PCI SVGA або LVDS конектор на передній панелі

S3/AGP

Disks IF

EIDE + Floppy

SCSI2 + EIDE + Floppy

Споживання модуля (типове) без вентиляторів

4.8 W

6.8 W

Буде визначено

Умови експлуатації

Температура (робота)

стандартний 0-70 ° С і розширений -40 ° +85 ° С