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CompactPCI Serial

7 Digital-KompenDium // CompaCtpCI SerIal sischen Netzwerktechnik auch als Schnittstelle für Multiprocessing und als Feldbus zur Kontrolle von dezentraler Ein-/Ausgabe. Und PCI Express wird schließlich zum Anschluss von eng gekoppelter Computer-Peripherie eingesetzt. Diese Schnittstellen existieren spezialisiert nebeneinander. Ein moderner Computer benötigt sie alle. Sie werden aber nicht mehr wie früher durch einzelne Controllerchips bedient, welche ihrerseits über einen Bus verbunden sind. Vielmehr stehen bei modernen Chip-Architekturen all diese Schnittstellen direkt am Chip-Satz zur Verfügung. Damit ändert sich allmählich die Struktur eines Rechners weg von einem bus-basierenden System hin zu einem auf einer Sternarchitektur basierenden System, das serielle Punktzu Punkt-Verbindungen verwendet. Modulare Computer der nächsten Generation: erste Versuche Natürlich besteht weiterhin der Bedarf nach modularen Computern. Bedingt durch die seriellen Schnittstellen in ihrer Verschiedenheit entstanden daher je nach Industriebereich neue Standards – jeweils für bestimmte Märkte und Applikationen optimiert. Beispielsweise wurde AdvancedTCA speziell für Telekommunikationsanwendungen entworfen, wogegen Standards wie VPX (ANSI/VITA 46.0) militärische Applikationen im Fokus haben. Nachträglich versuchte man dann teilweise, spezielle Standards wieder universell tauglich zu machen. Hierzu zählt MicroTCA. Bei MicroTCA ging man daran, ein Computersystem auf Basis der bei AdvancedTCA genormten Mezzanine, AMC, zu definieren. Da dieses Konzept jedoch ursprünglich passive Backplanes für die Mezzanine nicht berücksichtigte, ergeben sich nun hohe Infrastrukturkosten, um das AMC-Trägerboard nachzubilden. Zudem ist die Mechanik vollkommen inkompatibel zur IEEE 1101 (Europakarten und 19“-Technik). Die Ergänzungen, die nachträglich notwendig waren, um MicroTCA auch für raue Umweltbedingungen tauglich zu machen, sind ebenfalls nicht unproblematisch. Zusätzliche Switches und Bridges erhöhen die Kosten Ein weiterer ausschließlich auf PCI Express aufsetzender Standard – CompactPCI Express – konnte auch keine wirkliche Marktdurchdringung erreichen. Zwar benutzt dieser Standard die IEEE 1101, aber die Begrenzung auf PCI Express als einzige Schnittstellen Art ist nicht ausreichend. All die genannten Systementwürfe arbeiten mit sogenannten CompactPCI Serial: Alles fügt sich zusammen CompactpCI Serial ist kein „Schnellschuss“. Switched Fabrics, also zusätzlichen Switches und Bridges, die notwendig sind, um den jeweiligen Steckplatz mit dem richtigen Interface zu verbinden. Dies bedingt nicht nur höhere Infrastrukturkosten, sondern erfordert darüberhinaus auch spezielle Software für die Konfiguration und kann nicht verhindern, dass jeweils kundenspezifische Busplatinen nötig sind. Durch eine Fülle verschiedener Optionen ist es darüber hinaus auch kaum möglich, Einsteckkarten verschiedener Hersteller 1:1 untereinander auszutauschen. So basieren bis heute die meisten modularen Computer auf dem weltweit bewährten CompactPCI-Standard. Die seriellen Punktzu Punkt-Verbindungen werden je nach Bedarf proprietär über benutzerdefinierte Pins realisiert. Dies führt aber leider zu zunehmender Inkompatibilität der Baugruppen verschiedener Hersteller. Zum Anschluss der seriellen Busse sind dann wieder kundenspezifische Rückwandplatinen erforderlich. Welcher Weg führt nachhaltig aus diesem Dilemma? Der Weg in die Zukunft: ein zeitgemäßes Konzept Das Ziel ist also, basierend auf dem existierenden CompactPCI-Standard und basierend auf der bewährten und zweifelsfrei robusten 19-Zoll-Technologie, ein neues Konzept zu entwickeln, das zukunftssicher ist. Die Forderungen sind: „ es soll eine sanfte Migration vom derzeitigen Standard zu den modernen Punkt-zu- Punkt-Verbindungen ermöglichen, „ es soll dabei alle wichtigen seriellen Schnittstellen gleichberechtigt unterstützen, also PCI Express, SATA/SAS, USB und Ethernet, „ die Infrastrukturkosten müssen gering bleiben, also dürfen Bridges und Switches nur ausnahmsweise erforderlich sein, „ es muss möglich sein, Busplatinen als Katalogware anbieten zu können, das heißt, jeder Steckplatz muss ohne spezielles Routen universell nutzbar sein. ELEKTRONIKPRAXIS Kompendium CompactpCI Serial November 2013 Die PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) definierte hierfür zwei Standards – PICMG 2.30 CompactPCI PlusIO, ratifiziert im November 2009, und PICMG CPCI-S.0 CompactPCI Serial, ratifiziert im März 2011. Eine neue Basisspezifikation als Grundlage Alle Spezifikationen der PICMG sind einheitlich strukturiert: Auf eine Basisspezifikation setzen untergeordnete Standards auf. So trägt die Basisspezifikation des bekannten, etablierten CompactPCI-Standards die Nummer PICMG 2.0. Die Null nach dem Punkt kennzeichnet eine Basisspezifikation. Darauf aufbauende und ergänzende Normen tragen höhere Nummern bei gleichem Präfix. PICMG 2.16 beispielsweise beschreibt Ethernet über die Backplane für 6-HE-Compact- PCI. PICMG 2.30 – CompactPCI PlusIO – beschreibt die Nutzung der User-I/O-Signale des Rückwandsteckers J2 für 3-HE- und 6-HEBaugruppen, um moderne serielle Busse zusammen mit dem parallelen PCI-Bus nutzbar zu machen. PICMG 2.30 detailliert also PICMG 2.0 CompactPCI. CPCI-S.0 ist die Basisspezifikation des neuen Standards CompactPCI Serial. Einerseits definiert man in einer Basisspezifikation so wenig wie möglich, um für späteren technologischen Wandel offen zu sein, andererseits muss diese Spezifikation aber vollständig genug sein, um problemlose Interoperabilität von Produkten verschiedener Hersteller zu garantieren – was ja gerade der Sinn eines Standards ist, oder zumindest sein sollte. Als Basisspezifikation darf CPCI-S.0 nicht auf andere Basisspezifikationen verweisen. Zwar ist die Mechanik des parallelen CompactPCI im Wesentlichen identisch mit CompactPCI Serial. Dennoch muss CPCI-S.0 alle technischen Details erneut beschreiben. Einerseits ist CompactPCI Serial also in großen Teilen redundant zu CompactPCI, andererseits lässt sich solch ein Standard aber gut lesen, da ein Dokument alle technisch relevanten Details enthält. In Detailarbeit haben mehrere Hersteller gemeinsam eine zukunftsfähige technologie geschaffen und zollen dabei dem Vorgänger CompactpCI höchsten tribut. Das Konzept orientiert sich nicht an den nächsten drei oder fünf Jahren, sondern bereits an einem minimum von zehn Jahren. Nach den ersten Jahren der einführung geben sowohl die produkte als auch die ersten projekte in der anwendung einen ausblick darauf, dass sich diese technik durchsetzen kann und wird.


CompactPCI Serial
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