ref (Системный интерфейс Compact PCI и его архитектура Compact PCI модулей центральных процессоров фирмы INOVA), страница 2

1.13. Стоимость CompactPCI-модуля.

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

1.14 Простые и быстрые способы проектирования собственных CompactPCI модулей ввода/вывода.

Существует два наиболее простых и понятных способа:

• Если вы уже имеете некие собственные PCI-разработки для настольного компьютера - просто, без каких либо изменений, переведите их в конструктив CompactPCI. Вам не придётся даже корректировать математическое обеспечение для ваших плат.

• Самый простой и быстрый способ спроектировать собственную CompactPCI плату ввода/вывода, даже без знаний PCI шины: провести её самостоятельную компоновку с использованием стандартных платформонезависимых мезонинных модулей ввода/вывода IndustryPack (IP) и/или PMC. 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 модулей IP), которая позволяет установить до 4 стандартных IndustryPack модулей. Подобрать необходимый состав модулей IndustryPack с требуемыми Вам функциями и установите их на плату- носитель cPCI-200. Модуль CompactPCI с необходимыми вам функциями готов. Установить его в крейт CompactPCI и начинайте работу. Даже при наличии 90 IndustryPack модулей (на рынке их гораздо больше !) можно быстро скомпоновать более 12.000.000 различных вариантов решений только на базе одного стандартного одноплатного носителя сPCI2000 и создать высокооптимизированную именно под вашу задачу CompactPCI систему ввода/вывода.

1.15. Компании лидирующие на мировом рынке CompactPCI продукции.

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

1.16. Темп развития CompactPCI.

.В 1996 году объём сбыта CompactPCI продукции находился практически в "зачаточном" состоянии не превышая границу 1-2 миллионов долларов. Но уже в 1997 году объёмы пилотных проектов оценивались в сумму более 200 млн. долларов. Благодаря огромному интересу OEM- потребителей и системных интеграторов в 1997 году на рынок CompactPCI продукции пришли крупнейшие мировые компании - традиционные производители открытых магистрально-модульных систем для промышленных и коммуникационных приложений: MOTOROLA, FORCE, DEC, PEP Modular Computers, SBS, VMIC и многие другие. Это будет означать ещё большее ускорение в развитии рынка CompactPCI. Можно с уверенностью сказать, что CompactPCI действительно является бестселлером профессионального компьютерного рынка, очень привлекательной открытой технологией для надёжных долговременных инвестиций в сфере промышленной автоматизации и коммуникаций.

2. Архитектура модулей центральных CompactPCI-процессоров INOVA

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

Перечислим самые общие идеи, определившие дизайн модулей центральных процессоров.

• Стопроцентная РС/АТ совместимость со 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 и прикладным ПО, прежде всего на базе NT, даже в бездисковых конфигурациях, при доступных ценах на оборудование.

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

• Гибкость, модульность и опциональность сетевых, графических ресурсов и ресурсов памяти типа SDRAM и FLASH.

• Компоновка аппаратных ресурсов вычислительного, сетевого, графического и дискового узла по принципу: "всё необходимое на одной плате".

• Минимальное энергопотребление;

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

• Дизайн "минимальной стоимости", использующий новейшие технологии производства печатных плат и автоматизированной сборки.

• Использование недорогих полупроводниковых компонентов, с гарантией поставок не менее 5 лет от предприятия-изготовителя.

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

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

ICP-K233 - недорогой модуль формата 3U для среднепроизводительных встраиваемых приложений на базе процессоров класса PentiumII 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 базовая процессорная плата, что ведёт к унификации конструкции и снижению стоимости производства.

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

Очень важно подчеркнуть последний принцип дизайна процессорных модулей компании INOVA. Скажем, в отношении использования чипов центральных процессоров, для того чтобы реально обеспечить срок гарантии 5 лет для промышленных контроллеров, минимальную стоимость и энергопотребление наряду с высокими (именно для встраиваемых систем) функциональными характеристиками, специалисты INOVA отказались от использования микропроцессоров Intel в пользу AMD и TOMPSON. Компания AMD гарантирует пятилетний срок поставки кристаллов AMD K6/233 МГц (ОЕМ-версия для встраиваемых приложений с низким уровнем энергопотребления, выполненная по 0.25 мкм технологии с питанием 2.2 В (ядро) и 3.3 В (система ввода/вывода)).

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

Теперь посмотрим, что значит новейший промышленный CompactPCI-дизайн. Внешний вид 3U CompactPCI одноплатного компьютера ICP-K233 показан на рис.1¹. На рис. 2 приведена общая структурная схема модулей ICP-K233 и ICP-S86133 компании 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 системой в/в PC/AT I/O COM1, COM2, LP, АТ Keyboard и Mouse, опционально на плате могут нести Fieldbus Profibus, CAN, LON, Interbus-S, DeviceNet и Asi.. Интерфейс System bus Interface для всех моделей - это CompactPCI, 32bit/33 MHz. Наработка на отказ (MTBF) составляет от 100 тыс. часов.

2.1 Смена поколений

Современный промышленный CompactPCI-дизайн ориентирован, прежде всего, на "вымывание" устаревших промышленных встраиваемых технологий, основанных на шине ISA. В сущности, общая эволюция настольных ПК и рабочих станций нашла отражение и в изменении промышленного дизайна. Именно шина ISA представляет собой один из самых древних барьеров на пути эффективного использования современного программного обеспечения. Время смены поколений действительно - на 3U CompactPCI платформе, при сходных требованиях к конфигурации, получаются вычислительные сетевые/графические/дисковые узлы как минимум в 50 раз более эффективные с точки зрения соотношения цена/производительность тех, что лежат в основе классической ISA-шины, тем более ее 8-разрядного варианта.

Иными словами, современный промышленный CompactPCI-дизайн, обеспечивая принципиально сравнимые абсолютные цены конечных решений вычислительного/сетевого/графического ядра в аналогичных конфигурациях, по сравнению с ISA-решениями для любого температурного диапазона (такими как классический вариант стандарта PC-104 или ISA-вариации типа microPC от независимых производителей), даёт выигрыш, как минимум, в несколько десятков раз в относительной цене. Не говоря уже о преимуществе в объеме компоновки, удобстве эксплуатации и промышленной надежности наряду с долговременной уверенностью вложения инвестиций в апробированный крупными производителями новейший промышленный стандарт. Основные технические характеристики существующих и перспективных одноплатных 3U CompactPCI компьютеров/контроллеров компании INOVA сведены в Таблице 1, которая представлена в приложении 2.

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

2.2 CompactPCI контроллеры INOVA - "среда обитания" Windows NT

РС/АТ-совместимые контроллеры компании INOVA Computers способны работать с любым ПО разработанным для данной платформы. Это прежде всего ОС DOS, Windows 3.xx, Windows 95/98, WindowsCE, NT и соответствующий спектр программного обеспечения над ними; ОС OS/2, UNIX, Solaris; коммерческие многозадачные операционные системы реального времени типа VxWorks, OS9, QNX, LynxOS, OSE, pSOS+ и т.п.; некоммерческие операционные системы, очень приличного качества, типа LINUX и др.

Тем не менее, несмотря на такой богатый выбор возможных программных платформ, CompactPCI контроллеры INOVA Computers специально для работы с NT и, соответственно, WindowsCE как базовыми платформами для реализации встраиваемого программного обеспечения. Еще недавно использование NT в этой области казалось нереальным из-за дороговизны оборудования, настороженного отношения к NT как таковой еще по целому ряду причин. Сегодня ситуация на рынке принципиально иная. В частности, стоимость аппаратной 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 не пугает.

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

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

Малогабаритные 3U CompactPCI контроллеры компании INOVA Computers являются оптимальной средой для использования NT для встраиваемых приложений. Не вдаваясь в технические подробности, определим основные возможности применения NT во встроенных промышленных/коммуникационных системах с 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, с поддержкой графики, сетей, клавиатуры и объектного ввода/вывода (УСО);

• NT, скомпонованная для работы в бездисковых конфигурациях (загружается из наплатного FLASH-диска, CD-ROM или через сеть) для встраиваемых приложений "контроллерного" уровня мягкого реального времени, с поддержкой (или без поддержки) графического контроллера и клавиатуры; удобна для разработки высоконадежных удаленных сетевых или "stand alone" контроллеров общего назначения;

• NT с расширениями реального времени типа RTX (Real Time eXtension) компаний VenturCom или LP Elektronik. Расширения реального времени и компонующий NT инструментарий производства VenturCom позволяют разрабатывать детерминированные многозадачные встраиваемые приложения жесткого реального времени как в дисковых, так и в бездисковых конфигурациях, обеспечивают простой доступ к железу "напрямую", устраняют "файл подкачки", резко сокращают скорость загрузки, решают проблему "голубого экрана" NT и др. Очень удобное решение для создания высоконадёжных сетевых или "stand alone" промышленных контроллеров реального времени с поддержкой локальных графических функций (или без нее).

Богатые возможности предоставляет проектировщикам встраиваемых систем использование WindowsCE компании VenturCom с расширениями реального времени (или без них), в зависимости от класса решаемых задач.

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

2.3 Некоторые типовые конфигурации