Rechneraufbau als Stern und Mesh

CompactPCI Serial

12 Digital-KompenDium // CompaCtpCI SerIal Rechneraufbau als Stern und Mesh Moderne Rechnerarchitekturen verwenden statt parallelen Bussen heute Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Nach dem Wegfall des parallelen PCI-Busses ist nun eine einfache Sternarchitektur in Gebrauch. ELEKTRONIKPRAXIS Kompendium CompactpCI Serial November 2013 Der CPU-Chipsatz sitzt im „Zentrum“, das die Peripherie umgibt wie die Zacken eines Sterns. Er spricht die Peripherie-Geräte und Komponenten zentral über PCI Express, USB, Ethernet oder SATA an – allesamt serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Diese seriellen Verbindungen sind elektrisch besser beherrschbar und erlauben höhere Datenübertragungsraten bei weniger Pins. PCI Express erreicht so bei nur einem Link (einer differentiellen Empfangs- und einer Sendeleitung) bereits 250 MB/s. Andere Busteilnehmer schränken die Bandbreite dieser Verbindung nicht ein. Eine direkte Beeinflussung findet nicht statt. Durch mehrere Links für eine Verbindung bzw. mit einer höheren Taktfrequenz lässt sich die Datenrate weiter steigern (bis 16 GB/s bei PCIe 3.0) – und das im Vollduplex-Betrieb. Diese Struktur wurde eins zu eins auf CompactPCI Serial übertragen. Der System-Slot ist das Zentrum des Sterns. Jedes Peripherie Board ist eine symmetrische Zacke. Dies ist preiswert und einfach. Geeignete Steckverbinder sind erhältlich – mittlerweile auch in robuster Ausführung. Modular und preiswert, keine Switched Fabrics Die Sternarchitektur stellt für modulare Computer wie CompactPCI eine technische Herausforderung für den System-Slot und die Busplatine dar. Der System-Slot muss nun über eine Fülle von Anschlüssen verfügen. Die Backplane muss all diese Anschlüsse auf die Peripheriesteckplätze verteilen, ohne dabei zu viele Lagen zu benötigen. Bei Standards wie MicroTCA hat man deshalb Switched-Fabric-Slots definiert. Diese routen die Daten in der gewünschten Weise über spezielle Backplanes. Bei CompactPCI Serial hat man bewusst auf derartige Mechanismen verzichtet und kommt ohne Bridges und Switches aus. Eine hohe Wiederverwendbarkeit von Standard Bauelementen ist elementar für ein preiswertes, modulares Computersystem – immerhin muss sich ein modularer Rechner kostenseitig immer auch mit nicht modularen Rechnern messen. Dies soll jedoch nicht bedeuten, dass man keine Switched Fabrics in ein CompactPCISerial System integrieren könnte, wenn man komplexe Rechner- oder Netzwerkstrukturen aufbauen möchte, aber man muss es eben nicht. Schließlich machen einfache Systeme ca. 90% Marktanteil bei CompactPCI aus. Sternarchitektur mit Ethernet, PCI Express, SATA und USB Der Stern soll flexibel und universell sein. Deshalb muss er möglichst viele und unterschiedliche Geräte ansteuern können – aber welche? PCI Express als Ersatz für PCI wird vor allem im Computer genutzt, um weitere Controller- Chips anzusprechen. Er ist der klassische Erweiterungs-„Bus“ des Rechners und software-kompatibel zu seinem Vorgänger PCI. Aber auch serielle Verbindungen benötigen einiges an Anschlussleitungen. Bei PCI Express sind das mindestens ein Leitungspaar für den Takt, ein Paar für den Datenempfang und ein Paar für das Datensenden. Um die Bandbreite zu erhöhen nutzt man mehrere Lanes, so dass sich je Verbindung leicht neun Leitungspaare oder mehr ergeben. Auf Grund der hohen Datenrate ist auch für ausreichende Signalintegrität zu sorgen, man benötigt deshalb zusätzliche Masseleitungen – zumindest eine pro Signalpaar. Massenspeichergeräte werden heute in der Regel über SATA angesprochen, vor allem Festplatten, die direkt im Computer verbaut sind. Typisches Beispiel ist ein RAID-System, bei dem die Festplatten auf einzelnen Steckbaugruppen untergebracht sind. Aber auch USB ist aus modernen Computern nicht wegzudenken. FTDI hat bei USB Maßstäbe gesetzt Für USB gibt es drei Haupteinsatzgebiete: Wechseldatenträger (USB-Sticks, Festplatten zur Datensicherung etc.), Drahtlos-Schnittstellen (GSM, UMTS, GPS, Wi-Fi) und der Die Sternarchitektur von CompactPCI Serial: entspricht dem Aufbau eines modernen Rechners


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