Лекция 7. Вычислительные блоки (1185232)
Текст из файла
ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫРЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИЛекция 7:Архитектура вычислительныхблоков ИУС РВКафедра АСВК,Лаборатория Вычислительных КомплексовБалашов В.В.ПланИНТЕГРАЦИЯ• Однопроцессорные вычислительныеблоки• Распределённые системы изоднопроцессорных блоков• Многомодульные вычислительныеблоки• Архитектура интегрированноймодульной авионики2Необходимый минимализм:однопроцессорные блоки• Технологические ограничения:– вынужденное применение «грубого»технологического процесса– жёсткие ограничения по размерам иэнергопотреблению• Откуда берутся ограничения– требование к устойчивости к внешнимвоздействиям (излучение и т.п.)– неразвитость технологических процессовпроизводства микросхем– общий лимит на размеры иэнергопотребление ИУС РВ3Аппараты с жёсткимиограничениями на ИУС РВ4Центральные ЭВМ марсоходовАппаратCPURAMFlashEEPROMОСSojourner(1997)Intel 80C85, 2 МГц, 5128-разрядный,Кбайт6000 транзисторов(аналог Intel 80801974 г.
разработки)176КбайтНетОднозадачная,жёсткийпорядоквыполнениязадачMarsExplorationRover(2004)IBM/BAE RAD6000,20 МГц,32-разрядный,1.1 млнтранзисторов128Мбайт256Мбайт3 МбайтVxWorks,многозадачнаяMarsScientificLaboratory(2011)BAE RAD750,132 МГц,10.4 млнтранзисторов256Мбайт2Гбайт256КбайтVxWorks,многозадачная5RAD7506Расширение одноплатногокомпьютера: карта-мезонин•••На одноплатном компьютере – локальная шина (например, PCI)К локальной шине присоединяется карта расширения (например,адаптер канала)Карта расширения не зависит от «основного» разъёма, черезкоторый компьютер подключается к управляемой системе7RAD750: внедрения• Deep Impact (полёт к комете)• Mars Reconnaissance Orbiter (спутникМарса)• Lunar Reconnaissance Orbiter (спутникЛуны)• WorldView-1 (спутник оптической съёмки)• Fermi Gamma-ray Space Telescope(орбитальный телескоп)• Kepler space telescope (орбитальныйтелескоп)• Wide-field Infrared Survey Explorer(орбитальный телескоп)• Mars Scientific Laboratory (марсоход)8Слабая интеграция: однопроцессорныеблоки на медленной шинеДатчикиИндикаторыОрганыуправленияСистемауправлениядвижениемРадиолокаторШина MIL STD-1553BОбщаяпамятьШина MIL STD-1553B:порядка 100 Кбайт/с9Назначение блоков• С-1:Прямой каналк радаруОбщая память– контроль состояния бортовых систем– выбор режима работы ИУС РВ– управление обменом по шине (контроллер канала)• С-2:– вычисление управляющих параметров полёта для передачив систему управления движением– подготовка данных для индикаторов• С-3:– вычисление параметров движения самолёта на основепоказаний датчиков– обеспечение движения самолёта по маршруту– управление датчиками• С-4:– управление полётом на малой высоте по показаниям радара10Тесная интеграция: шина VME• Параллельная шина с арбитражем• Реализует прямой доступ к памятимодулей• Объединяет модули в блок (крейт)• Разрядность шины данных:32 или 64 бита• Пропускная способность:– 40 Мбайт/с (VME32)– 80 Мбайт/с (VME64)– до 320 Мбайт/с (VME64 в блочномрежиме, на одну передачу адреса –несколько передач данных)11Структура шины VME••••Адресная шинаШина данныхШина арбитража (для управления доступом)Шина прерыванийЭто похоже напроцессорную шину!Это она и есть(процессор Motorola68000)12Роли модулей на шине VME– Ведущий (Master)• Может инициировать передачу данных– Подчинённый (Slave)• Отвечает на запросы от ведущего– Источник прерывания (Interrupter)• Модуль, способный формировать прерывание (обычно –подчинённый)– Обработчик прерывания (Interrupt handler)• Модуль, способный обрабатывать прерывания (какправило, одноплатный компьютер)– Арбитр (Arbiter)• Модуль, управляющий доступом к шине и осуществляющиймониторинг обмена по шине.
Устанавливается в слот №113Процедура передачи данных1. Ведущий устанавливает запрос на передачуданных на шине арбитража– при этом ведущий устанавливает на Ш.А.«свою» линию запроса в активное состояние(логический 0)2. Шина освобождается от текущей передачиданных =>– арбитр определяет, какие линии запросаактивны на Ш.А.– арбитр выбирает ведущего, которому отдатьшину, и устанавливает в активное состояниелинию Ш.А.
«доступ дан» для этого ведущего14Процедура передачи данных3. Получив доступ к шине, ведущий устанавливает:– на шине данных: значения передаваемых данных (в случаеотправки); разрядность данных – не больше разрядностишины данных– на шине адреса:• номер подчинённого устройства• адрес в памяти подчинённого устройства• разрядность передаваемых данных(8, 16, 32 бита; также 64 бита для VME64)• признак «чтение» или «запись»4. Подчинённое устройство:– на Ш.А.
признак «чтение» => устанавливает на шинеданных значения данных заданной разрядности сзаданного адреса своей памяти– на Ш.А. признак «запись» => записывает по заданномуадресу своей памяти данные заданной разрядности с шиныданных15Прерывания• Прерывание – способ дляподчинённого устройства оповеститькакое-либо из ведущих устройств онеобходимости обмена данными• Запрос прерывания выставляется наодной из 7 линий шины прерывания• Ведущие устройства самиразбираются, кому адресован запрос16Блочная передача данных• Поддерживается в VME64• В начале обмена задаётся адрес ичисло передаваемых блоков данных• Выполняется передача заданногочисла блоков данных (каждый блок –не шире шины данных)• => значительная экономия временина задании адреса17Недостатки VME• Медленная шина (по современныммеркам)• Параллельная шина (много линий наматеринской плате, сложностьповышения частоты работы)• Невозможно одновременноевыполнение нескольких обменовданными18Борьба с недостатками VME: VPX• Программа «VME Renaissance»: дать VMEбудущее в мире скоростных процессоров• Обратная совместимость с VME: возможностьустановки в VPX-систему существующих VMEмодулей– механическая совместимость– поддержка протокола и «идеологии» VME• Уход от общей шины с арбитражем: поддержкакоммутируемых сетей– Gigabit Ethernet, 10-Gigabit Ethernet– PCI Express– InfiniBand (высокоскоростной прямой доступ впамять)Высокоскоростные каналы из мира x8619VPX: плавный уход от VME• Современная VPX-система:– нет VME (т.к.
нет унаследованных модулей)– x86 процессор– технологии из настольных систем (PCI Express,Gigabit Ethernet, USB, HDMI/DisplayPort)– межмодульное взаимодействие – по каналамEthernet (дорожки на материнской плате крейта)• Фактически – вычислительный кластер натехнологиях «мира x86»– для создания системы нужно меньше экзотическихзнаний• Модули в закрытых кожухах – можно вставлятьи вынимать из работающей «в поле» системы20Интегрированная модульнаяавионика• Недостаток традиционных многомодульных блоков:чрезмерная внутренняя интеграция• VME: шина ограничена пределами блока– Единственный арбитр– Параллельная шина (сложно провести между блоками, вт.ч.
защитить от помех)– Выход арбитра из строя – фатален (слот №1 –единственный)– Идеология прямого доступа к памяти: у модуля«слишком много» знания о внутреннем устройстведругих модулей того же блока• В итоге:––––система неоднородна (блоки сильно различаются)модули одного блока тесно интегрированы друг с другоммодули разных блоков слишком изолированынизкая отказоустойчивость и реконфигурируемость (блок21выходит из строя целиком)Интегрированная модульнаяавионика• Среда обмена данными на основе коммутатора– использование виртуальных каналов для разделенияпропускной способности– ограниченные задержки при передаче сообщений• Модули всех блоков равноправно подключены к средеобмена данными=> система – «облако» модулей• Сервисная шина – последовательная, относительномедленная (помехоустойчивость), может объединять всемодули системы ИМА– CAN bus• Трафик по сервисной шине минимален (низкоуровневыеданные о состоянии, простейшие команды вроде вкл/выклмодуля)• Высокая отказоустойчивость и реконфигурируемость– модуль вышел из строя => заменить его может модуль издругого блока– поддержка виртуальных каналов => возможность миграциивычислительных задач22Интегрированная модульнаяавионика (5 поколение)ВычисленияВычисленияВычисленияВычисленияВычисленияКоммутаторКоммутаторКоммуникацииГрафика•Унификация––••вычислительные модулисетевое оборудование ипротоколыИнтеграция––программное обеспечениепотоки данных–––процессорыпамятьсетьВиртуализацияВычисленияКоммуникацииКоммутаторГрафикаСервисная шина CAN• Абонент CAN на модуле ИМА – отдельная подсистема– включается до активизации основной логики модуля– продолжает функционировать при сбое основной логики модуля• Короткие сообщения (до 8 байт данных)– периодическая выдача модулями статусных сообщений– запрос статуса модуля + ответ на запрос– команды вкл/выкл основной логики модуля• Арбитраж– каждый абонент «слышит» передачу данных по каналу– нет передачи данных => можно начинать отправку своих данных;иначе ждать освобождения канала– при одновременном начале выдачи:• доминантные и рецессивные биты• сообщение начинается с адреса абонента-отправителя• абонент с «меньшим» адресом слышит в сети не то, что выдал, ипрекращает выдачу• Как ограничить задержку доставки данных?– ИМА: низкая загрузка канала, нет проблемы– в следующей лекции: CAN с централизованным управлениемПримеры модулей ИМАМодульпроцессора данныхМодульввода-выводаМодуль графическогоконтроллераФункциональный модульобщего назначенияФункциональный модульспециального назначенияФункциональный модульспециального назначенияЗадачи:• обработка данных,• выполнениевычислительных задач,• принятие управленческихрешений.Задачи:•прием/выдача сигналов по«унаследованным»бортовым интерфейсам,•преобразованиеунаследованных форматовсообщений в стандартныйформат ARINC 653.Задачи:•построение изображений наоснове данных, полученных отвычислительных задач,• обработка входныхвидеоизображений,•прием/выдача изображенийпо оптическим видеоканалам.Модуль коммутатора FCПредназначен для обеспечениявзаимодействия в сети Fibre ChannelМодуль источника питанияВспомогательный модуль, обеспечивающийвторичное питание модулей с требуемымихарактеристиками25Пример применения шиныPCI ExpressВычисленияАдаптер FCВычисленияАдаптер FCВычисленияАдаптер FCКоммуникацииАдаптер FCГрафикаАдаптер FCМодулькоммутатораКоммутаторPCI-EFC26Спасибо за внимание27.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
