VPX板卡電源應(yīng)用

VITA 46基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)由VITA46.0（基礎(chǔ)協(xié)議）和VITA46.1（VME連接）描述，也稱為VPX，并成功地于2006年一月引入。這是一個(gè)里程碑，因?yàn)槲覀兛梢源_信VITA46標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)出來了。下一步是完成最終文檔，并且提交ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織）得到正式ANSI批準(zhǔn)。

 9B1.1 VPX高速串行總線

VPX總線是VME技術(shù)的自然進(jìn)化，它采用高速串行總線替代并行總線是其的最主要變化。VPX采用RapidIO和Advanced Switching Interconnect等現(xiàn)代的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行交換結(jié)構(gòu)，來支持更高的背板帶寬。這些高速串行交換可以提供每個(gè)差分對兒250MBytes/sec的數(shù)據(jù)傳輸率。如果4個(gè)信道最高1 GBytes/sec的理論速率。VPX的核心交換提供32個(gè)查分對兒，組成4個(gè)4信道端口，每個(gè)信道都是雙向的（一發(fā)送差分對兒，一接收差分兒）。VPX模塊的理論合計(jì)帶寬為8 GB/sec。

 當(dāng)今基于VME總線雷達(dá)系統(tǒng)陣列中的每個(gè)系統(tǒng)處理器，都必須等待輪到該處理器獲得總先后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣不僅僅使處理器終止了對當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的處理，同時(shí)還終止了處理器對輸入數(shù)據(jù)的處理。

交換結(jié)構(gòu)使所有數(shù)據(jù)流暢通無阻，來解決這一問題，這樣減小了處理延遲和輸入數(shù)據(jù)流的中斷。

StarFabric是一個(gè)串行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，他利用現(xiàn)有的VME-64背板鏈接嵌入式多處理器。可是，VME64X接口的物理特性限制限制了它將來的發(fā)展。在VITA46開發(fā)以前，雷達(dá)系統(tǒng)開始面臨主卡的性能的制約。VME主卡其中兩個(gè)最嚴(yán)重的限制是每個(gè)插槽上通過信號針的數(shù)據(jù)量限制，以及嚴(yán)重的功率浪費(fèi)。VITA46通過采用高速連接器和支持先進(jìn)的交換結(jié)構(gòu)，著重解決了這兩個(gè)問題。

由于采集的數(shù)據(jù)頻率越高，圖像效果越好。隨著雷達(dá)數(shù)據(jù)管道變得越來越大，VPX將成為解決這些新需求的新技術(shù)。

 10B1.2 VPX接插件

VPX采用了由Tyco公司開發(fā)出了模塊化的VPX RT2連接器，該連接器內(nèi)含可控阻抗，低插入損耗，在最高6.25 Gbaud下，串?dāng)_小于3%。Tyco公司生產(chǎn)的獨(dú)特的新7排RT2連接器，與級聯(lián)塊兒和鍵一起，實(shí)現(xiàn)VITA 46模塊和背板設(shè)計(jì)。VITA 46選擇RT2連接器的目的是為了解決以下問題：

 --- 連接器必須可以發(fā)送信號至少5 Gbits/sec

--- 連接器必須提供充足的I/O，適應(yīng)現(xiàn)代主卡上日益增加的功能。

---連接器的尺寸必須能夠滿足VME標(biāo)準(zhǔn)長度，以便可以安裝PMC模塊，能夠保證0.8英寸的板間距。

---連接器系統(tǒng)必須足夠牢固，這樣在軍事/航空系統(tǒng)的惡劣環(huán)境中才能應(yīng)用。

VITA 46模塊插入和拔出力量與VME64X模塊相近。這是因?yàn)殡m然VITA46擁有更多的接觸點(diǎn)，但是Tyco公司的MultiGig RT2連接器使得每個(gè)接觸點(diǎn)壓力降低而又能保證充分的接觸。以上結(jié)論都是建立在連接器機(jī)械結(jié)構(gòu)評估和測試基礎(chǔ)上得來的。

VITA 46 工作組對最終交付使用的VPX連接器，為VPX模塊標(biāo)準(zhǔn)做了大量的測試認(rèn)證。這些測試再現(xiàn)了一些最苛刻的環(huán)境測試，執(zhí)行了板級標(biāo)準(zhǔn)。

主要環(huán)境參數(shù)測試包括如下：

- 振動(dòng)及顫動(dòng)

- 溫度

-適度

- 沙塵

 - 耐久

- 靜電保護(hù)

11B1.3 VPX的I/O能力

VPX擁有著更多的I/O能力，其數(shù)量幾乎是64X類型卡的兩倍。所有的I/O針都有千兆傳輸能力，最高到6.25 Gig/Sec。并且有輔助的VITA 48標(biāo)準(zhǔn)選擇，使得每個(gè)插槽可以插更高功率的板子。與傳統(tǒng)的VME技術(shù)比VPX的針腳數(shù)要多，一般的6U VPX模塊可以提供：

總共707個(gè)非電源電觸電

總共464個(gè)信號：

64個(gè)信號，用于核心交換的32個(gè)高速差分對

104個(gè)信號，用于實(shí)現(xiàn)VME64的

268個(gè)通用用戶I/O，其中包括128個(gè)高速差分對兒。

28個(gè)信號，用于作系統(tǒng)信號（重啟，JTAG，尋址等），其余未使用。

VPX提供最高32個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換針，這些針的作用：

 ---得到更多的吞吐量

 ---提升性能

 --實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

---減少插槽數(shù)

---無需交換插槽

---節(jié)省空間和降低重量

12B1.4 VPX的電源改進(jìn)

VPX改進(jìn)了電源供電。5V最高可達(dá)115W，12V最高可達(dá)384W，48V最高可達(dá)768W。

如此大功率的電源，允許板子集成更多的功能?？蛇x的更高的電壓輸入，可以減少背板的電流，降低重量和降低電子兼容問題產(chǎn)生。

3B2. VPX高速串行總線

新串行交換結(jié)構(gòu)技術(shù)使得軍用和航空嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到更高的性能，同時(shí)減少系統(tǒng)成本和重量。如今有多種高性能交換結(jié)構(gòu)技術(shù)可供選擇。這其中的三個(gè)——Gigabit Ethernet (GbE), Serial RapidIO (SRIO), and PCI Express (PCIe)尤其突出，優(yōu)點(diǎn)最多。GbE是基于IP數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)，無論是平臺間網(wǎng)絡(luò)還是在同一個(gè)背板中的子系統(tǒng)。SRIO是DSP應(yīng)用中高密度多處理簇互聯(lián)的最好方式。第三種，PCIe事實(shí)上已經(jīng)是，核心處理器到外圍設(shè)備高帶寬數(shù)據(jù)流傳輸應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。圖1展示了嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念。

 因?yàn)椴豢赡苡幸环N網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)可以滿足國防和航空嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中所有的需求，所以業(yè)界各大特種計(jì)算機(jī)公司提出了分層（hierarchy）解決方案——使用GbE作為平臺間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并且使用SRIO和PCIe作為底板總線交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。使用這種方式，國防和航空系統(tǒng)集成商可以在他們系統(tǒng)中應(yīng)用交換結(jié)構(gòu)技術(shù)。

 GbE，SRIO以及PCIe各有優(yōu)勢，如果將這些交換結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起應(yīng)用于嵌入式軍用系統(tǒng)中，將形成功一種新的能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過應(yīng)用，主要的芯片，板子大量真實(shí)評估，以及主板整體設(shè)計(jì)，一種被稱為VPX新的高性能底板問世。無論客戶應(yīng)用采用分布的、集中的，還是混合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種存在多種網(wǎng)絡(luò)交換的計(jì)算平臺，允許用戶選擇最合適的網(wǎng)絡(luò)來滿足系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)。

GbE可以應(yīng)用于松散耦合系統(tǒng)的鏈接，SRIO, PCIe,或兩個(gè)結(jié)合使用適合于處理器，外圍設(shè)備以及板卡之間的緊密耦合通信簇。用戶可以使用1/10GbE交換網(wǎng)絡(luò)建立Intra-Platform Network(IPN)來有效的傳輸IPv4/v6信息包，用戶可以使用標(biāo)準(zhǔn)的電纜連接不同的系統(tǒng)，或者通過標(biāo)準(zhǔn)底板進(jìn)行板子與處理器間傳輸（參看圖1）。SRIO更適用于組建網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)字信號處理器應(yīng)用，PCIe更適用于核心處理器到外圍設(shè)備的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。

 13B2.1高性能網(wǎng)絡(luò)1/10 Gbe交換

 以太網(wǎng)是目前最普遍的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)通信的起始和重點(diǎn)都有以太網(wǎng)連接。這種商業(yè)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用正在影響軍用市場，找到某種方式將網(wǎng)絡(luò)中心引入加固國防應(yīng)用市場。

 Network Centric Warfare (NCW)學(xué)說的實(shí)現(xiàn)推動(dòng)了高帶寬、高可靠的IP網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場通信的發(fā)展。隨著國防部對利用現(xiàn)有資源無縫連接到全球網(wǎng)絡(luò)的迫切需求，1-GbE網(wǎng)絡(luò)交換已經(jīng)成為鏈接機(jī)箱和鏈接板子，組建今天高帶寬IP平臺網(wǎng)絡(luò)的首選。

將來的技術(shù)轉(zhuǎn)向1/10Gbe網(wǎng)絡(luò)是很自然的事情，它是一種高速網(wǎng)絡(luò)的解決方案，足可以滿足日益增長的苛刻應(yīng)用需求。為了滿足有效地在平臺資源間傳輸音頻，視頻，控制及管理數(shù)據(jù)的需求，支持IPv4/v6的1/10 Gbe提供了統(tǒng)一的方法來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸。

通過簡單的在原來系統(tǒng)上增加交換機(jī)或PMC交換卡，在VME64x機(jī)箱里組建星型或雙-星型網(wǎng)絡(luò)來升級原有系統(tǒng)。采用VPX背板的新系統(tǒng)不僅可以允許1 GBE接口，還可以允許10 GBE接口通過背板路由，這樣很容易增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。

 對于高性能網(wǎng)絡(luò)，VPX系統(tǒng)采用類似于VME64X系統(tǒng)的集中交換結(jié)構(gòu)，（例如一個(gè)VPX交換/路由卡或者一個(gè)X/PMC交換卡）通過GbE連接機(jī)箱中的板子，機(jī)箱可以采用銅或者光介質(zhì)鏈接，組建分布式或集中式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（參看圖2）。

雖然有很多現(xiàn)行的GbE標(biāo)準(zhǔn)，其中的最流行的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和特性包括：

1000BaseT，一般用于銅介質(zhì)背板進(jìn)行板間或處理器間通信。1000BaseSX(1 Gb/s)一般用于光介質(zhì)傳輸。XAUI一般用于堆?；蛘咦鳛閿?shù)據(jù)干路的10 GbE交換卡。

每個(gè)GbE接口是10 Mb/s, 100 Mb/s,和1 Gb/s自適應(yīng), 或者通過鏈接代理得到多種速率，提供高性能連接。

以太網(wǎng)未來的標(biāo)準(zhǔn)將會發(fā)展到背板上支持802.3ap (一個(gè)信道的1000Base,四個(gè)信道的10GBaseKX4以及一個(gè)信道的10GBaseKR)。

新一代1/10 GbE交換芯片將很快投入市場，每個(gè)口運(yùn)行速度可以在1,2.5,5,和10 Gb/s。

 優(yōu)化的1和10 GbE NIC芯片即將投入市場，它可以通過遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(RDMA)和TCP卸載引擎（TOE)消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸(舉例來說：一個(gè)10 GbE RDMA/TOE NIC芯片可以達(dá)到800-MBytes/s，并且占用最小的處理器周期進(jìn)行大的數(shù)據(jù)傳輸)

由于采用RDMA和TOE技術(shù)減輕了1/10 GbE終端節(jié)點(diǎn)的瓶頸和TCP/IP協(xié)議握手所花費(fèi)的處理器額外負(fù)載，使得GbE還可以應(yīng)用到低延遲，高吞吐量和確定操作的嵌入式高性能聚合應(yīng)用中。

 在商業(yè)領(lǐng)域中，1 GbE 和10 GbE 能否迅速的應(yīng)用到大多數(shù)主要的軍用平臺的決定因素，是降低成本提高性能。