VPX板卡電源應用

VITA 46基礎標準由VITA46.0（基礎協(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。這是一個里程碑，因為我們可以確信VITA46標準已經(jīng)設計和實現(xiàn)出來了。下一步是完成最終文檔，并且提交ANSI（美國國家標準化組織）得到正式ANSI批準。

 9B1.1 VPX高速串行總線

VPX總線是VME技術的自然進化，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)標準的串行交換結構，來支持更高的背板帶寬。這些高速串行交換可以提供每個差分對兒250MBytes/sec的數(shù)據(jù)傳輸率。如果4個信道最高1 GBytes/sec的理論速率。VPX的核心交換提供32個查分對兒，組成4個4信道端口，每個信道都是雙向的（一發(fā)送差分對兒，一接收差分兒）。VPX模塊的理論合計帶寬為8 GB/sec。

 當今基于VME總線雷達系統(tǒng)陣列中的每個系統(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前數(shù)據(jù)塊的處理，同時還終止了處理器對輸入數(shù)據(jù)的處理。

交換結構使所有數(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是一個串行轉換結構，他利用現(xiàn)有的VME-64背板鏈接嵌入式多處理器?？墒牵琕ME64X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，雷達系統(tǒng)開始面臨主卡的性能的制約。VME主卡其中兩個最嚴重的限制是每個插槽上通過信號針的數(shù)據(jù)量限制，以及嚴重的功率浪費。VITA46通過采用高速連接器和支持先進的交換結構，著重解決了這兩個問題。

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。

 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，該連接器內含可控阻抗，低插入損耗，在最高6.25 Gbaud下，串擾小于3%。Tyco公司生產(chǎn)的獨特的新7排RT2連接器，與級聯(lián)塊兒和鍵一起，實現(xiàn)VITA 46模塊和背板設計。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標準長度，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)境中才能應用。

VITA 46模塊插入和拔出力量與VME64X模塊相近。這是因為雖然VITA46擁有更多的接觸點，但是Tyco公司的MultiGig RT2連接器使得每個接觸點壓力降低而又能保證充分的接觸。以上結論都是建立在連接器機械結構評估和測試基礎上得來的。

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

主要環(huán)境參數(shù)測試包括如下：

- 振動及顫動

- 溫度

-適度

- 沙塵

 - 耐久

- 靜電保護

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標準選擇，使得每個插槽可以插更高功率的板子。與傳統(tǒng)的VME技術比VPX的針腳數(shù)要多，一般的6U VPX模塊可以提供：

總共707個非電源電觸電

總共464個信號：

64個信號，用于核心交換的32個高速差分對

104個信號，用于實現(xiàn)VME64的

268個通用用戶I/O，其中包括128個高速差分對兒。

28個信號，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個網(wǎng)絡交換針，這些針的作用：

 ---得到更多的吞吐量

 ---提升性能

 --實現(xiàn)網(wǎng)狀拓撲結構

---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

VPX改進了電源供電。5V最高可達115W，12V最高可達384W，48V最高可達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

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

 因為不可能有一種網(wǎng)絡交換技術可以滿足國防和航空嵌入式應用領域中所有的需求，所以業(yè)界各大特種計算機公司提出了分層（hierarchy）解決方案——使用GbE作為平臺間網(wǎng)絡互聯(lián)，并且使用SRIO和PCIe作為底板總線交換網(wǎng)絡互聯(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)中應用交換結構技術。

 GbE，SRIO以及PCIe各有優(yōu)勢，如果將這些交換結構結合在一起應用于嵌入式軍用系統(tǒng)中，將形成功一種新的能強大的結構。經(jīng)過應用，主要的芯片，板子大量真實評估，以及主板整體設計，一種被稱為VPX新的高性能底板問世。無論客戶應用采用分布的、集中的，還是混合的網(wǎng)絡拓撲結構，這種存在多種網(wǎng)絡交換的計算平臺，允許用戶選擇最合適的網(wǎng)絡來滿足系統(tǒng)需求設計。

GbE可以應用于松散耦合系統(tǒng)的鏈接，SRIO, PCIe,或兩個結合使用適合于處理器，外圍設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)絡建立Intra-Platform Network(IPN)來有效的傳輸IPv4/v6信息包，用戶可以使用標準的電纜連接不同的系統(tǒng)，或者通過標準底板進行板子與處理器間傳輸（參看圖1）。SRIO更適用于組建網(wǎng)狀拓撲結構的數(shù)字信號處理器應用，PCIe更適用于核心處理器到外圍設備的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。

 13B2.1高性能網(wǎng)絡1/10 Gbe交換

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

 Network Centric Warfare (NCW)學說的實現(xiàn)推動了高帶寬、高可靠的IP網(wǎng)絡的戰(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)絡的迫切需求，1-GbE網(wǎng)絡交換已經(jīng)成為鏈接機箱和鏈接板子，組建今天高帶寬IP平臺網(wǎng)絡的首選。

將來的技術轉向1/10Gbe網(wǎng)絡是很自然的事情，它是一種高速網(wǎng)絡的解決方案，足可以滿足日益增長的苛刻應用需求。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)一的方法來進行標準數(shù)據(jù)傳輸。

通過簡單的在原來系統(tǒng)上增加交換機或PMC交換卡，在VME64x機箱里組建星型或雙-星型網(wǎng)絡來升級原有系統(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)絡帶寬。

 對于高性能網(wǎng)絡，VPX系統(tǒng)采用類似于VME64X系統(tǒng)的集中交換結構，（例如一個VPX交換/路由卡或者一個X/PMC交換卡）通過GbE連接機箱中的板子，機箱可以采用銅或者光介質鏈接，組建分布式或集中式的網(wǎng)絡拓撲結構（參看圖2）。

雖然有很多現(xiàn)行的GbE標準，其中的最流行的幾個標準和特性包括：

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

每個GbE接口是10 Mb/s, 100 Mb/s,和1 Gb/s自適應, 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)未來的標準將會發(fā)展到背板上支持802.3ap (一個信道的1000Base,四個信道的10GBaseKX4以及一個信道的10GBaseKR)。

新一代1/10 GbE交換芯片將很快投入市場，每個口運行速度可以在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，它可以通過遠程直接內存訪問(RDMA)和TCP卸載引擎（TOE)消除網(wǎng)絡瓶頸(舉例來說：一個10 GbE RDMA/TOE NIC芯片可以達到800-MBytes/s，并且占用最小的處理器周期進行大的數(shù)據(jù)傳輸)

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

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