Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 7

2.3). Высота модуля может изменяться с шагом 1U, и для типоразмера 6U её габариты составят32233,35×160 мм или 233,35×340 мм. Возможно использование модулей для типоразмера 9U, c габаритами 366,7×340 мм.233,4100XS1366,7XS2XS3160340XS1, XS2, XS3 – разъёмы для подключения к кросс-плате3.Рис. 2.3.

Типоразмеры модулей, устанавливаемых в субблокиСубблоки представляют из себя монтажные каркасы, состоящие из двух боковых панелей с монтажными фланцами и минимум четырёх поперечных несущих монтажных рельсов, к которым с шагом 5,08 мм (0,2 дюйма, или 1HP) крепятся направляющие (рис. 2.1, 2.4). Всего предусмотрено до 84 посадочных местдля направляющих, которые, в принципе, могут устанавливаться в произвольномпорядке, однако минимальное расстояние между двумя соседними направляющими составляет 3HP, а в большинстве современных шинных стандартов – и вообще4НР, или 20,32 мм.

Таким образом, в стандартный 19” субблок можно установитьдо 21 модуля. Во встраиваемых системах часто используются субблоки меньшейширины; обычно в этих случаях выбираются 28HP, 42НР или 63HP, хотя встречаются и другие размеры.Модули, устанавливаемые в субблок представляют собой печатные платы снекоторым внешним оформлением − передней панелью и, возможно, кожухом(рис. 2.5). Модули устанавливаются в каркасы субблоков и, с помощью разъёмов,установленных на задней стороне их плат (рис. 2.3), соединяются с кросс-платой[10]. Поскольку разъёмы XS2 и XS3 присутствуют только в больших форматах,магистральная шина, объединяющая модули, использует разъём XS1.

Шина может использовать не все контакты разъёма, часть контактов выделяется под про33извольное использование конкретным модулем в конкретном устройстве. Такимобразом, к модулю могут подводиться внешние цепи.m – натуральное число из допустимого ряда4.Рис. 2.4. Размеры субблоковДля подключения внешних цепей может использоваться и лицевая панельмодуля, тогда на ней устанавливают разъёмы и/или клеммные колодки.ПередняяпанельмодуляРазъём дляподключенияк кросс-платеCompactPCIЭкстрактор дляизвлечения модуля5.Рис. 2.5.

Модуль сетевого адаптера для установки в субблок высотой 3UС точки зрения охлаждения идеальной является композиция, в которой и модули, и задняя панель (кросс-плата) располагаются в вертикальных плоскостях.34При небольшом числе модулей применяют и их горизонтальное расположение.Часто конструкция каркаса допускает установку модулей разной высоты, что делает конструктив более гибким.Все модули и платы устанавливаются в направляющие полозья и имеют надёжную систему фиксации с обеих сторон − и сверху, и снизу (см. рис.

2.1). Модули вынимаются с помощью специальных механических экстракторов (рис. 2.5).В качестве коннекторов, соединяющих модули с кросс-платой, обычно применяются разъёмы со штырьковыми контактами, у которых все параметры значительно лучше, чем у печатных ламельных разъёмов карт ПК.Основательность системы крепления и присоединения модулей и позволяетиспользовать данный конструктив «Евромеханика» в жестких условиях эксплуатации.

Степень защищенности блока с модулями можно варьировать в зависимости от условий, помещая его в пыле-, влаго-, брызго- (и т.п.) защищённый корпус,применяя, при необходимости, и кондиционирование воздуха.2.4. ОТКРЫТЫЕ СТАНДАРТЫ СИСТЕМНЫХ МАГИСТРАЛЕЙСтандарт VMEМагистрально-модульный стандарт VME (VERSAmodule Eurocard) разработан и поддерживается международной ассоциацией VITA (VME InternationalTrade Association) [12, 13].VME – асинхронная 32-хразрядная шина с раздельными 32 линиями адреса и32 линиями данных на кросс-плате [14].

Шина VME имеет 64-разрядное расширение (VME64).Конструктивно в основу шины VME положен стандарт Евромеханика. Конечная система компонуется из функциональных модулей VME, устанавливаемыхв крейты, число которых не ограничено. В каждый крейт можно поместить до 21модуля VME. Модули соединяются через объединительную плату с нормированным волновым сопротивлением и терминаторами на каждой сигнальной линии. Вкачестве соединителей используются 96-штырьковые разъёмы DIN602-3, причёмвосьми- и 16-тиразрядные модули имеют один разъём, 32/64-разрядные – два. Высота платы VME с одним разъёмом составляет 3U (100х160 мм), с двумя разъёмами – 6U (233х160 мм) (рис.

2.6).В отличие от других 32-разрядных шин стандарт VME не предусматриваетмультиплексирования линий адресов и данных и, следовательно, требует применения относительно большего числа информационных сигналов интерфейсныхформирователей/приёмников и наличия большего количества контактов в используемых разъёмах.

Для реализации 16-разрядной шины VME достаточно «старше35XS116-разрядные данные24-разрядный адресАсинхронное управлениеМодификаторы адресаЛинии приоритета прерыванийЛинии арбитража шиныШина VMSПитаниеСлужебные сигналыXS232-разрядное расширение(16 линий данных и 8 линий адреса)Пользовательская шина ввода-выводаили шина VMSПитание233.35 мм100 ммго» разъёма XS1, показанного в верхней части рис. 2.6, а для организации 32разрядной шины необходимо использовать оба показанных на рисунке разъёмаXS1 и XS2. При работе с 16-ти разрядной шиной «младший» разъём XS2 можетслужить для организации 32-разрядной шины локального расширения VMX илидля ввода-вывода.

Одним из преимуществ немультиплексируемых шин являетсявозможность конвейеризации операций чтения и записи в одном цикле; при использовании мультиплексируемой шины для этого затрачивается два шинныхцикла.160 мм6.Рис. 2.6. Назначение разъёмов платы в соответствии со стандартом VMEВ шине VME64 разъёмы расширили до 160 контактов − по обеим сторонамконнектора XS1 и XS2 ввели ряды дополнительных контактов для сигнальной«земли» и произвольного использования [10]. Конструкция этих дополнений позволяет устанавливать модули VME (96 контактов) в шину VME64 (160 контактов) и наоборот, правда при этом дополнительные ряды контактов не используются.

Кроме того, между разъёмами XS1 и XS2 определён необязательный 95тиконтактный разъём XS0. В этой шине возможно применение географическойадресации модулей (по позиции в крейте). Введены дополнительные шины питания +3,3 В и +48 В с допустимым диапазоном от 38 В до 75 В, так что питание+48 и +60 В, популярное в телекоммуникациях, укладывается в этот диапазон.Шина обеспечивает возможность горячей замены модулей – имеются контакты сопережающим соединением и запаздывающим разъединением. Пропускная спо36собность шины составляет до 160 Мбайт/с.

Прорабатывается и вариант шиныVME320 с пропускной способностью 320 Мбайт/с.Системная шина VME реализует асинхронный обмен информации. В асинхронных системах для задания моментов пересылок не используются какие бы тони было периодические сигналы, поэтому при передаче информации по асинхронным шинам скорость передачи не обязательно должна быть кратна частотетактовых сигналов, как это имеет место при использовании синхронных шин.Кроме того, асинхронные шины допускают применение дешёвых плат, на которых размещены устройства с большими временами ответа, совместно с платами,содержащими быстродействующие устройства.Системная шина VME содержит четыре основных элемента:• тракт пересылки данных (8, 16 или 32 разряда параллельно);• линии арбитража (4 уровня);• линии обработки прерываний (7 уровней);• сервисные линии.Схема арбитража, применяемая в системной шине VME, является централизованной в той степени, что одна плата действует как глобальный арбитр, использующий четыре линии запроса шины.

Плата может быть организована таким образом, чтобы реализовывать процедуру «освобождение по завершении – запросу»или процедуру «освобождение по запросу».В процессорных платах обычно используется процедура «освобождение позапросу», позволяющая процессору крепко удерживать управление шиной и передавать его, только когда запрос на использование шины поступает от другоговедущего процессора. В контроллерах прямого доступа к памяти, как правило,применяется процедура «освобождение по завершении», потому что они обычнопользуются шиной лишь в течение коротких интервалов времени, после чего перестают управлять шиной.Стандарт CompactPCIМагистрально-модульный стандарт CompactPCI разработан и поддерживается международной Ассоциацией PICMG (PCI Industrial Computers ManufactureGroup) [15].CompactPCI (cPCI) − это стандарт, описывающий современную высокопроизводительную магистрально-модульную систему (конструктив, электрические илогические параметры) для промышленных, телекоммуникационных и графических встраиваемых компьютерных приложений повышенной надёжности [10].

Воснове электрических и логических параметров стандарта лежат спецификации37самого популярного стандарта «офисных» компьютеров − PCI [16], механическаяоснова − Еврокарты формата 3U (100х160 мм) и 6U (233х160 мм).Шина CompactPCI разрабатывалась на основе спецификации PCI 2.1. Отобычной PCI эта шина отличается большим количеством поддерживаемых слотовдля одной шины: восемь против четырёх. В связи с этим появились новые 4 парысигналов запросов и предоставления управления шиной. Шина поддерживает 32битные и 64-битные обмены (с индивидуальным разрешением байт). В отличие отобычных PCI модулей для настольных офисных компьютеров, в CompactPCIмодулях в качестве шинных разъёмов используются высоконадёжные пятирядные235-контактные разъёмы с шагом 2 мм (рис.

2.7), соответствующие стандартамМЭК и Belcore (МЭК 1076-4-101).СompactPCI-контроллеры на базе микропроцессоров Pentium могут управляться любой операционной системой, работающей на обычном персональномкомпьютере: MS-DOS, Windows 3.xx, Windows 98, Windows 2000, Windows XP,OS/2, BSD UNIX, LINUX, Solaris... CompactPCI-контроллеры на базе микропроцессоров PowerPC могут работать под управлением операционных систем AIX,Solaris, MacOS и самого широкого спектра операционных систем реального времени от ведущих мировых поставщиков.

То же самое можно сказать оCompactPCI процессорах Alpha. Любая операционная система, работающая наэтих процессорах для настольных офисных компьютеров будет без модернизацииработать в CompactPCI.7.Рис. 2.7. Разъём CompactPCICompactPCI – 32/64 разрядная шина с мультиплексируемыми линиями адрес/данные на объединительной панели. Шина CompactPCI синхронная, с тактовой частотой 33 МГц. Арбитраж шины – централизованный, одноуровневый полностью унаследован от стандарта PCI 2.1 [17].38Сравнительные характеристики стандартов VME и CompactPCIВ табл.

2.1 приведены для сравнения основные характеристики обеих шин.Среди главных достоинств стандарта VME – асинхронный обмен информацией ибольшее количество модулей, устанавливаемых в один крэйт. CompactPCI позволяет установить лишь восемь модулей при использовании пассивной объединительной панели. Использование моста PCI-to-PCI позволяет увеличить количествомодулей в крейте до 16-ти, однако приводит к усложнению конструкции кроссплаты, которая перестаёт быть пассивным устройством, поскольку именно на нейразмещается мост.К достоинствам CompactPCI следует отнести полную совместимость по программному обеспечению с офисными компьютерами, что значительно снижаетвремя на переподготовку обслуживающего персонала.1.Таблица 2.1.Основные характеристики стандартов VME и CompactPCIVMECompactPCIРазрядность шины32/6432/64Адрес/ДанныеVME32 – раздельныемультиплексируемыеVME64 –мультиплексируемыеТип шиныасинхроннаясинхронная, 33 МГцКонструктивЕвромеханика 3U, 6U, 9UЕвромеханика 3U, 6UРасстояние между4HP 0,8” (20,32 мм)4HP 0,8” (20,32 мм)модулями в крейтеМаксимальное количество 218/16модулей в крейтеПропускная способностьVME32 – 40 Мбайт/сбазовый вариант – 132 Мбайт/сVME64 – 80 Мбайт/с64-разрядные передачи –(до 320 Мбайт/с в режиме264 Мбайт/спакетных передач)2.5.