Гл5_07 (Раздаточный материал к курсовому проекту), страница 9

Консорциум PICMG был создан в 1996 году, объединив более 500 компаний сцелью выработки спецификаций для компьютерных технологий, используемых в промышленных, военных и телекоммуникационных приложениях.Главное направление деятельности - перенос компьютерных технологий, отработанных на массовом рынке компьютеров общего применения, на рынок, предъявляющийгораздо более серьезные требования по надежности, условиям эксплуатации, времени использования техники. Одним из главных сегментов такого рынка является индустриальное и телекоммуникационное оборудование, построенное на основе открытых платформ.Основной шиной, используемой в современных компьютерах, является шина PCI,которая, по сути, из внутренней разработки компании Intel превратилась в открытый стандарт, используемый в различных разработках компьютерной техники.Первой публикацией PICMG была спецификация пассивной кросс-платы(backplane), использующей для шин ISA и PCI стандартный для РС способ подключениямодулей посредством ламельного, кромкового разъема (контактные площадки разъемананесены на кромку платы).

Именно на основе этой спецификации пассивной ISA-PCIкросс-платы производится сейчас большинство промышленных компьютеров. ISA-PCIразъемы расположены друг за другом на кромке платы (рис 5.25).Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru27Процессорные платы, выпускаемые в этом форм-факторе (рис 5.25), поддерживаютпроцессор Pentium 4 c частотой до 3 ГГц, ОЗУ до 4 ГБ и т.п. В общем, соответствуют посвоим параметрам самым «навороченным» компьютерам общего применения.

Выпускается к таким платам и достаточно широкий набор плат связи с объектом. Правда, не оченьпонятно, зачем нам шестидесяти четырех разрядный обмен с объектом управления, если вподавляющем большинстве случаев приходится изменять или контролировать лишьодин бит, а остальные, все равно, маскироРис. 5.25.вать. Нам и шестнадцати разрядный обменслишком широк.Но прогресс ради прогресса шагает семимильными шагами.

Уже шестидесяти четырех разрядная PCI объявлена устаревшей и заменяется соединением PCI-express, которая в качестве системной шины контроллера крайне неудобна, поскольку и шиной то неявляется.Так что платы форм-фактора PICMG следует применять только там, где без тридцати двух, шестидесяти четырех разрядного обмена внутри контроллера не обойтись. Я незнаю таких примеров применительно к оборудованию электронных технологий.Форм-фактор «Евромеханика» и магистрально-модульный стандартVME. Формфактор «Евромеханика» определяет конструктив и размеры плат.

Каждая плата этого формфактора имеет лицевую панель с одной стороны и разъем с другой. За единицу взят размер U,определяющий высоту лицевой панели платы и составляющий 44 мм.Стандарт VME разработан и поддерживается международной Ассоциацией VITA(VME International Trade Association).

Разработка стандарта была начата в 1981 году. С техпор спецификация стандарта прошла несколько ревизий и в 1987 году была принята действующая по настоящее время спецификация VMEbus Rev.C1, которая является международным стандартом МЭК 821. В США этот стандарт называется ANSI/IEEE 1014 - 1987.VME - 32-разрядная шина с раздельными 32 линиями адреса и 32 линиями данныхна объединительной панели. Шина VME имеет 64-разрядное расширение - стандартVMEbus Rev.D, который обычно называют "VME64". Максимальная пропускная способность шины VME - 40 Мбайт/с (80 Мбайт/с для VME64). В режиме блочных передач (т.е.один цикл передачи адреса и несколько циклов передачи данных) скорость шины можетдостигать 320 Мбайт/с.Применяют платы этого форм-фактора и стандарта крайне редко, так как исходноон был рассчитан на применение в качестве вычислительного ядра вычислительных машин другого класса, не клона РС.

Сама шина VME является развитием рассмотренной нами ранее Q-bus.Мне приходилось видеть платы этого форм-фактора и стандарта в быстродействующих интерферометрах. Там это вполне оправдано, поскольку на момент разработкиальтернативы просто не было.Форм-фактор «Евромеханика» и магистрально-модульный стандарт CompactPCI.Разработка стандарта CompactPCI была начата международной Ассоциацией PICMG в 1995году и в 1997 году была принята действующая по настоящее время спецификацияCompactPCI Rev 2.1.

По электрическим и логическим спецификациям шина CompactPCI полностью идентична шине офисных компьютеров PCI. Но в качестве конструктивов дляCompactPCI использованы те же стандарты Евромеханики, что и для шины VME.CompactPCI - 32/64 - разрядная шина с совмещенными (мультиплексируемыми) линиями адрес/данные на объединительной панели. Шина CompactPCI - синхронная, т.е.

всесобытия на шине синхронизируются с общим тактовым сигналом. Тактовая частота шины- 33 МГц и на этой частоте максимальная пропускная способность шины составляет 132Мбайт/с (для 32-разрядных передач) и 264 Мбайт/с (для 64-разрядных передач).Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э.

Баумана, V_Ryabov@mail.ru28На рис. 5. 26 показана выпускаемая в этом форм-факторе фирмой Fastwel процессорная плата CPC502 CompactPCI 3U с процессором Pentium M 1,6 ГГц.Параметры платы.ƒ Динамическое ОЗУ до 1 Гбайт DDRPC333 DRAM напаяно на плате.ƒ Видеоинтерфейс: видеоОЗУ до 64 Мбайт(из системной памяти); поддержка ЭЛТдо 2048×1536 точек, кадровая частота 75Гц; поддержка TFT .ƒ Ethernet: 2 порта Gigabit Ethernet; 1 порт10/100 Mбит/с.ƒ Аудиоинтерфейс:AC'972,3совместимый звуковой контроллер.Рис. 5. 26ƒ Последовательные каналы: USB - 4 порта2.0; 1 порт RS-232 с уровнями TTL.ƒ Интерфейс жестких магнитных дисков: - IDE, 1×Ultra ATA/100; Serial ATA: 2 канала.ƒ Твердотельная память: флэш-диск 23/64 Мбайт на плате; гнездо CF/Microdrive.ƒ Мониторинг состояния параметров системы: напряжений основных источниковпитания на плате; температуры процессора; два дополнительных датчика температуры;управление дополнительным вентилятором охлаждения.ƒ Сторожевой таймер с диапазоном задержек от 240 мкс до 4096 с.ƒ Резервная копия BIOS с возможностью быстрого восстановления и резервная копияCMOS-памяти, сохранение служебных параметров системы при аварийном завершенииработы, быстрая загрузка.ƒ Встроенный идентификационный номер платы.ƒ Питание: +5 В, 5 A; +3,3 В, 10 A.ƒ Диапазон рабочих температур: –40…+85°С и температур хранения: –55…+95°С.ƒ Удар/вибрация: 15g/2g.ƒ Среднее время безотказной работы не менее 80 000 часовМало какой технологической машине нужно столь мощное вычислительное ядро.Форм-фактор CompactPCI в основном ориентирован на обработку больших массивов информации, на коммуникационное и сетевое оборудование.На рис.

5.27 показан выпускаемый фирмойAdvantech процессорныймодуль CompactPCI с более подходящими длятехнологических машинпараметрами. Выпускаются фирмой Advantech вэтом форм-факторе иплаты связи с объектом.Многиефирмыприняли форм-фактор Евромеханика с CompactPCIв качестве основы для выРис. 5.27пуска программируемыхлогических контроллеров.Платы конструктивно завершены, как отдельные модули.

Являются жесткими и вибростойкими. Но, как уже отмечалось выше, шина PCI все же слишком избыточна для внутреннейРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru29шины микроконтроллера. Ее применение может быть оправдано лишь там, где требуется быстродействующий многоразрядный обмен между модулями контроллера.Форм-фактор «Евромеханика» и шина ISA-AT 96. Здесь для плат в стандарте Евромеханика применяется системная шина, по протоколу обмена полностью соответствующая 16-и разрядной ISA, но выведенная не на кромковый ламельный разъем печатнойплаты, а на трехрядный 96 штырьковый разъем.На рис. 5.28 представлена процессорная плата CPU686EC-EU, выпускаемая фирмойFastwel в этом форм-факторе.

Интересно, что она выпускается фирмой в целом ряде различных форм-факторах, рассмотренных далее.Рис. 5. 28Основные характеристики процессорной платы.ƒ Форм-фактор: AT96 Евромеханика 3U.ƒ Процессор Geode™ GX1 300 МГц с низковольтным ядром.ƒ Совместимость с DOS, Windows NT/CE/XP Embedded, QNX, Linux.ƒ BIOS во флэш-памяти с резервированием и опцией быстрой загрузки.ƒ ОЗУ 32/128 Мбайт (SDRAM) распаяно на плате.ƒ Флэш-диск 8 Мбайт на плате, возможность подключения твердотельных дисковCompactFlash.ƒ Порт EIDE для подключения 2-х НЖМД, порт для подключения НГМД.ƒ Видеоадаптер SVGA с 2D-ускорителем и видеопамятью до 4 Мбайт, разрешение до1280×1024 при 256 цветах, поддержка плоских TFT-дисплеев.ƒ Ethernet: 2 канала 10/100Base-T, 2-х канальный CAN-интерфейс.ƒ Порт USB, последовательные порты RS-232, универсальный параллельный порт, портыклавиатуры и мыши.ƒ AC'97 совместимый звуковой контроллер.ƒ Часы реального времени, сторожевой таймер, изолированный удалённый сброс ипрерывания, возможность быстрой загрузки (минимум 1,5 с).ƒ Питание +5 В, максимальный ток потребления 2 A.ƒ Диапазон рабочих температур от –40 до +85°С.ƒ Среднее время безотказной работы — не менее 100 000 часов.Процессорная плата поддерживается широким набором плат УСО.

В линейкефирмы Fastwel есть платы для дискретного и аналогового ввода и вывода, как спрограммной, так и с аппаратной инициализацией обмена.Пожалуй, единственный аргумент удерживает от безоговорочной рекомендациипринять этот форм-фактор в качестве основы построения САУ технологическимоборудованием электронных технологий. Это малое число фирм, производящихпроцессорные и комплектующие платы в этом формате на момент набивки текста этогораздела.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.

Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru30Форм-фактор «МикроPC» и шина microISA. Фирма Octagon Systems одна из первыхначала выпускать ПК для тяжелых условий работы и разработала собственный конструктив микроРС. В его основе 8-битная шина ISA. Размеры плат 125х114 мм. Крепление плат в четырех точках обеспечивает повышенную стойкость к вибрациям с ускорениями до 5-10g,к ударам до 20-40g. Платы имеют расширенный диапазон рабочих температур от -40 до+85°C.Применение только элементов к-МОПне требует принудительного охлаждения ипозволяет устанавливать платы в герметизированные корпуса.Выпускается широкий набор платУСО.

В рамках этого форм-фактора возможнорешение практически любых задач автоматизации оборудования электронных технологий.Форм-фактор очень удачен и достаточно широко применяется в России для автоматизациитехнологического оборудования.Я бы отметил только один недостатокэтого форм-фактора – он запатентован фирмой Octagon Systems и круг фирм, выпускающих изделия в форм-факторе microPC невелик. Из-за этого и цены на изделия в этомРис. 5. 29форм-факторе по сравнению с аналогами формата «классическая ISA» выше.

Правда, это вбольшинстве случаев это окупается меньшими эксплуатационными расходами и отсутствием принудительной вентиляции.На рис. 5. 29 показан модуль центрального процессора CPU686E, выпущенныйфирмой Fastwel в этом формате. Именно ее аналог в форм-факторе AT 96 Евромеханика3U был описан нами в предыдущем разделе, поэтому параметры платы опустим, ониидентичны. Единственное отличие – отсутствие CAN-интерфейса, объясняется меньшимигабаритами платы.Фирмами Octagon и Fastwel в этом форм-факторе выпускаются и завершенныеконтроллеры, у которых помимо вычислительного ядра на плате размещены и элементыУСО, способные полностью завершить создание системы управления.Линейка контроллеров CPU188-5XX, выпускаемых фирмой Fastwel построена надостаточно производительном процессоре Am188ES с частотой 40МГц.

Контроллер содержит флеш-ПЗУ объемом 1МБ, в котором размещена ОС, совместимая с DOS 6.22, оперативную память на статическом ОЗУ до 1МБ, две розетки для установки DiskOnChip,микросхемы DS1216xx (календарь/часы/аккумулятор) или энергонезависимого ОЗУ на128 кбайт. На плате имеется и порт ЖКИ (алфавитно-цифровой, графический) с источником питания для подсветки и с регулировкой контрастности, порт стандартной и матричной клавиатуры 4×4, 5×4. Контроллеры имеют три системных и один сторожевой таймер.Из средств УСО есть 48 каналов дискретного ввода-вывода, на одном из контроллеров линейки - 8 двенадцатиразрядных каналов аналогового контроля и два аналогичныхканала аналогового управления.Имеется возможность расширения через шину microPC.