1. час дивуватися
2. Архітектура модулів центральних CompactPCI-процесорів INOVA
3. зміна поколінь
4. CompactPCI контролери INOVA - "середовище проживання" WindowsNT
5. Деякі типові конфігурації
6. Можливості введення / виводу
7. коротке резюме
8. література

Зайвий раз говорити про те, чим сьогодні є шина PCI для головного сектора світової комп'ютерної індустрії - ринку офісних і домашніх ПК, офісних серверів і робочих станцій - вже не має сенсу. Для рядового користувача ПК впровадження шини PCI дало можливість купити якісно новий комп'ютер за ті ж гроші що і вчора, тільки куди більш продуктивний і функціональний. А ось про те, як йдуть справи з архітектурою і базовим системним забезпечення модульних промислових і комунікаційних РС / АТ сумісних комп'ютерів / контролерів в світлі просування PCI, а саме стандарту CompactPCI формату 3U, як раз і піде мова в даній статті.

Приступаючи до розповіді про сучасних промислових і комунікаційних CompactPCI комп'ютерах і контролерах для вбудованих додатків, нагадаємо основні цілі та ідеї розробки самого стандарту CompactPCI [1]:

• використання широкодоступних, недорогих напівпровідникових PCI-компонентів, наявних на ринку у величезних кількостях;
• стовідсоткова сумісність з PCI v2.1 консорціуму PCISIG, з усіма наслідками, що випливають звідси наслідками з точки зору потенціалу продуктивності, Plug & Play конфігурації введення / виведення, архітектури шини і т.п .;
• забезпечення максимально ефективної "середовища проживання" як сучасних мікропроцесорів ряду Intel Pentium, AMD K6 / K7, IBM-Motorola PowerPC, SPARC, ALPHA, DSP і перспективних процесорів загального призначення, так і новітніх однокристальних комунікаційних мікроконтролерів типу Motorola MC860 / 861, MC 68360 і т.п .;
• ефективне, "Plug & Play" використання багатозадачних операційних систем типу WindowsNT / CE у вбудованих додатках реального часу [2], в тому числі класичних ОС реального часу: VxWorks, OS9, QNX, OSE, LynxOS, pSOS +;
• сумісність з системним і прикладним програмним забезпеченням офісних ПК і робочих станцій, що використовують локальну шину PCI;
• застосування самого популярного стандартного промислового евроконструктіва 3U (100х160мм) і 6U (233х160мм) з високонадійними, екранованими шнуром соединителями МЕК 1076-4-101 і жорсткої, вібростійкий схемою чотирьохточкові кріплення модулів в каркасі зі зручним переднім доступом до модулів системи;
• можливість організації системи введення / виводу як через передні панелі модулів, так і через задню стінку каркаса з використанням стандартизованих тильних роз'ємів при досягненні ефективного охолодження модулів;
• підтримка не менше 8 слотів розширення на пасивної об'єднавчої PCI-магістралі, що, як мінімум, в два рази більше в порівнянні з "офісної" версією PCI;
• використання стандартних мезонінних технологій гнучкого, платформнонезавісімого введення / виведення (УСО): IndustryPack, PMC і PC-MIP (цікавиться рекомендую вузол www.sbs-greenspring.com);
• забезпечення максимально простий інтеграції зі стандартними шинами типу VMEbus і створення відкритого стандарту, який підтримувався б більшістю незалежних виробників;
• можливість "гарячої заміни" модулів без виключення живлення системи;
• створення високонадійного промислового стандарту, що забезпечує високі характеристики ціна / продуктивність / надійність для промислових і комунікаційних систем, в порівнянні з технологіями на основі шини ISA.

Треба сказати, що розробники CompactPCI-технології були далекі від думки вдосконалювати наявні на промисловому ринку РС / АТ-подібні рішення і не прагнули створити менш функціональний стандарт традиційних високопродуктивних магістральної-модульних систем промислового, військового і комунікаційного призначення типу VMEbus.

Стандарт CompactPCI - це самостійна промислова відкрита технологія, що поєднує в собі кращі риси сучасних PCI-орієнтованих ПК і робочих станцій з останніми досягненнями в області високонадійного, уніфікованого промислового механічного дизайну. Практика підтвердила життєздатність стандарту.

На ринок CompactPCI-компонентів для ОЕМ і системної інтеграції вийшли найбільші американські та європейські виробники відкритих вбудованих технологій: MOTOROLA (на базі Pentium / MMX / PRO / II + PowerPC 750), SUN (SPARC), FORCE (Pentium, SPARC), DEC, VMIC, PEP Modular Computers, SBS Green Spring Modular I / O, National Instruments і багато інших. Навіть тайванські виробники комп'ютерів, традиційно займають нішу найпростіших промислових рішень, оголосили про початок власних розробок в стандарті CompactPCI.

час дивуватися

Здавалося б, на тлі масованого випуску найрізноманітніших CompactPCI-рішень, здивувати досвідченого користувача вже практично неможливо. Однак, познайомившись з продукцією компанії INOVA Computers, переконуєшся, що це не так. Перш за все слід зазначити продуманість технічної концепції розробки, що забезпечує високі технічні характеристики і гнучкість конфігурації, що дозволяє вирішувати найрізноманітніші завдання з мінімальними витратами. Додайте до цього вельми низькі ціни (на рівні офісних ПК) при гарантії на 5 років і можливість використання в різноманітних секторах у вбудованих додатках, де необхідні недорогі і надійні промислові та комунікаційні / мережеві РС / АТ-сумісні комп'ютери і контролери з високим рівнем стандартизації [ 3] в області: машинобудування, телекомунікацій і зв'язку, робототехніки, промислового управління і моніторингу, в контрольно-діагностичному обладнанні, тренажерних і випробувальних системах, транспортних і спеціальних / воєн них системах, сучасних медичних графічних системах і т. п.

CompactPCI-продукція компанії INOVA Computers розрахована насамперед на недорогі, малогабаритні WindowsNT / CE-орієнтовані, що вбудовуються промислові додатки фронтального і середнього рівня з низькою (на рівні 586/133 МГц) і середньої (на рівні AMD K6 / 233-300 МГц) продуктивністю , де потрібно:

• створення гнучких, розподілених мережевих комплексів з підтримкою стандартних офісних мереж типу 100/10 Мбіт / c і / або різноманітних Fielbus комунікацій типу Profibus, CAN, Interbus-S, LonWorks, DeviceNet і т.д.
• підтримка невеликого числа каналів введення / виводу в окремому мережевому або "stand alone" вузлі: від 10 до 500;
• ефективна підтримка сучасного людино-машинного MS Windows95 / NT / CE-інтерфейсу;
• робота як в дискових, так і в бездискових конфігураціях;
• висока ударо, вібро і термостійкість при малій вазі і невеликих габаритах;
• обмежене енергоспоживання;
• відкритий і гнучкий магістральної-модульний дизайн з широким вибором типів каналів мережевого, комунікаційного, аналогового і цифрового PCI-орієнтованого введення / виведення;
• високі показники напрацювання на відмову (не менше 100 тис. годин) при гарантії не менше 5 років;
• прийнятні ціни відкритої апаратної платформи для ефективного використання програмного забезпечення для NT.

Архітектура модулів центральних CompactPCI-процесорів INOVA

Багато в чому саме модулі центральних процесорів INOVA, "серце" кінцевого рішення, визначають можливість застосування цієї техніки рішення для 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 найзагальніші ідеї, що визначили дизайн модулів центральних процесорів.

• Стовідсоткова РС / АТ сумісність з усіма стандартними функціями введення / виведення 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 ПО, перш за все на базі NT, навіть в бездискових конфігураціях, при доступних цінах 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, модульність і опціонально мережевих, графічних ресурсів і ресурсів пам'яті типу SDRAM і FLASH.
• Компонування апаратних ресурсів обчислювального, мережевого, графічного і дискового вузла за принципом: "все необхідне на одній платі".
• Мінімальне енергоспоживання;
• Вібростійке конструкція і можливість реалізації систем як в стандартному (0-700С), так і в розширеному (-400 + 850С) температурному діапазоні.
• Дизайн "мінімальної вартості", що використовує новітні технології виробництва друкованих плат і автоматизованого складання.
• Використання недорогих напівпровідникових компонентів, з гарантією поставок не менше 5 років від підприємства-виготовлювача.

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

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

ICP-K233 - недорогий модуль формату 3U для среднепроізводітельних вбудованих додатків на базі процесорів класу PentiumII молодших версій (менш 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 понад 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) функціональними характеристиками, 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) і 3.3 В (система введення / виведення)).

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 встаіваемих промислових додатків, де дуже важливо забезпечити прийнятні габарити, термо і вібростійкість.

Тепер подивимося, що означає новітній промисловий Compact PCI-дизайн. Зовнішній вигляд 3U CompactPCI одноплатного комп'ютера ICP-K233 показаний на рис.1. На рис. 2 приведена загальна структурна схема модулів ICP-K233 і ICP-S86133 компанії INOVA. Структурний дизайн компонування показаний на рис.3. Основні технічні характеристики існуючих і перспективних одноплатних 3U CompactPCI комп'ютерів / контролерів компанії INOVA зведені в таблицю 1 .

Всі системи мають Ethernet 100/10 BaseT / TX, PCI, працюють з Serial USB + Firewire (IEEE1394, до 400 Mbit / s), мають систему 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) складає від 100 тис. Годин.

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 дійсно - на 3U CompactPCI платформі, при подібних вимогах до конфігурації, виходять обчислювальні мережеві / графічні / дискові вузли як мінімум в 50 разів ефективніші з точки зору співвідношення ціна / продуктивність тих, що лежать в основі класичної ISA-шини, тим більше її 8-розрядного варіанта.

Іншими словами, сучасне промислове CompactPCI-дизайн, забезпечуючи принципово порівнянні абсолютні ціни кінцевих рішень обчислювального / мережевого / графічного ядра в аналогічних конфігураціях, у 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, зручність експлуатації і промислової надійності поряд з довготривалої упевненістю вкладення інвестицій в апробований великими виробниками новітній промисловий стандарт.

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.

CompactPCI контролери INOVA - "середовище проживання" WindowsNT

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 + і т.п .; некомерційні операційні системи, дуже пристойної якості, типу LINUX і 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 області 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 хорошу "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 найкращим 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 оптимальним середовищем для використання NT для вбудованих додатків. Не вдаючись в технічні подробиці, визначимо основні можливості застосування NT у вбудованих промислових / комунікаційних системах з використанням CompactPCI контролерів INOVA Computers:

• NT "сама по Собі". Вікорістовується в дискових конфігураціях для создания надійніх вбудований систем "комп'ютерного" рівня нереального або м'якого реального часу, з підтрімкою графіки, мереж, Клавіатури и об'єктного чинності / Виведення (УСО);
• NT, скомпонована для роботи в бездисковий конфігураціях (завантажується з наплатного FLASH-диска, CD-ROM або через ятір) для вбудованим Додатків "контролерніх" рівня м'якого реального часу, з підтрімкою (або без ПІДТРИМКИ) графічного контролера и Клавіатури; Зручна для розробки вісоконадійніх відаленіх мережевих або "stand alone" контролерів Загальне призначення;
• NT з Розширення реального часу типу RTX (Real Time eXtension) компаний VenturCom або LP Elektronik. Розширення реального часу і компонує NT інструментарій Произодство VenturCom дозволяють розробляти детерміновані багатозадачні вбудовувані програми жорсткого реального часу як в дискових, так і в бездискових конфігураціях, забезпечують простий доступ до заліза "безпосередньо", усувають "файл підкачки", різко скорочують швидкість завантаження, вирішують проблему "блакитного екрану" NT і ін. Дуже зручне рішення для створення високонадійних мережних або "stand alone" промислових контролерів реального часу з підтримкою локальних графічних нкцій (або без неї).

Багаті можливості надає проектувальникам вбудованих систем використання WindowsCE компанії VenturCom з розширеннями реального часу (або без них), в залежності 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 оргазнізаціі введення / виведення, архітектурних можливостей PCI-шини недостатньо, слід перейти на пошук рішення на платформі VMEbus.

Деякі типові конфігурації

Обмежений обсяг статті не дозволяє детально 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 і 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.
• Мережевий 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'єктний введення / виведення, роботу в мережі і, при необхідності, графічний користувальницький SVGA-інтерфейс.
• Глибоко вбудований, малогабаритний, бездисковий контролер "приладового рівня", що підтримує виключно об'єктний введення / виведення.

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 / виведення 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 управління двигунами і PCMCIA, виконані по host-технології проектування, це і найширший спектр стандартних аналогових, цифрових, комунікаційних, мережевих, відео, аудіо та інтерфейсних мезонінних архітектур вводу / 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.

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

коротке резюме

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 / виведення для вирішення різноманітних завдань.

На конференції WinHEC представники компанії Microsoft запропонували повністю відмовитися від застарілих технологій ПК або жорстко обмежити їх застосування. Віджили 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.

література

1. А. Рибаков. Еволюція стандарту PCI для жорстких вбудованих додатків. Відкриті системи, # 5, 1997. с.52-59
2. А.Жданов. NT - реально чи реальний час? Відкриті системи, # 1, 1998, с.25-29
3. В.Коваленко. Сучасні індустріальні системи. Відкриті системи, # 5, 1997, С.29-34

Сьогодні в Росії питання "стандартності" і "сумісності" промислових 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 і т.п.) незалежних фірм-виробників. Крім того, в ній повинен 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, ГОСТ тощо дуже бажано.

Кому потрібна сьогодні платформа CompactPCI ?:

• 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 / виведення;
• проектувальникам систем, раніше використав MS DOS-технології створення вбудованого ПО і перехідним на сучасний багатозадачний WindowsNT / 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.