Принцип и применение шины VME
Шина VME (VersaModule Eurocard) – это компьютерная шина общего-назначения, которая сочетает в себе электрический стандарт шины Versa компании Motorola с механическим форм-фактором стандарта Eurocard, установленного в Европе, и имеет открытую архитектуру. Он определяет систему для взаимной обработки данных, хранения данных и подключения периферийных устройств управления в тесно связанной аппаратной архитектуре. За прошедшие годы система VME превратилась в хорошо зарекомендовавшую себя-систему, на основе которой разрабатываются продукты для промышленного контроля, военных систем, аэрокосмической, транспортной и медицинской техники.
Особенности ВМЭ
Механизм передачи данных VME является асинхронным, с несколькими циклами шины, шириной адреса 16, 24, 32, 40 или 64 бита и шириной линии данных 8, 16, 24, 32 и 64 бита, и система может выбирать их динамически. Его метод передачи данных является асинхронным, поэтому он подчиняется только протоколу обмена сигналами и не зависит от системных часов; скорость передачи данных от 0 до 500 Мбит/с; кроме того, имеется возможность передачи несогласованных данных, исправление ошибок и самодиагностика, а также-определяемые пользователем порты ввода-вывода; он оснащен 21 разъемом для подключения-и несколькими объединительными панелями, которые можно использовать в модуле кондуктивного охлаждения военного назначения.
Архитектура VME
Поскольку система VME представляет собой комбинацию двух стандартов, ее также можно рассматривать как две части. Одна часть — это механическая архитектура, которая определяет размер объединительных плат, передних панелей и встроенных плат системы VMEbus, а другая часть — функциональная архитектура, определяющая работу системы.
1. Механическая архитектура VME
Основной частью механической конструкции VME является объединительная плата, представляющая собой печатную плату. Он доступен в трех размерах: 3U (160 × 100 мм), 6U (160 × 233 мм) и 9U (367 × 400 мм). Согласно стандарту VME64x, в системе VME существует три типа разъемов: P0/J0, P1/J1 и P2/J2, где «P» и «J» обозначают разъемы PLUG и JACK соответственно. Разъемы P1/J1 и P2/J2 имеют 96 контактов, расположенных в три ряда по 32 контакта в каждом, тогда как разъем P0/J0 имеет 95 контактов.. 3Объединительные панели U имеют только разъемы P1/J1 или P2/J2, а объединительные панели 6U имеют разъемы J1 и J2.
2. Функциональная структура УМЭ
Как показано на рисунке 1, функциональную архитектуру VME можно описать как состоящую из сигнальных линий, логики интерфейса объединительной платы и функциональных модулей. Производительность логики интерфейса объединительной платы определяется рядом характеристик объединительной платы, таких как полное сопротивление сигнальной линии, время распространения, значения согласования и т. д. Он и сигнальные линии являются связующим звеном между различными частями системы. Функциональные модули, с другой стороны, представляют собой наборы схем, выполняющих конкретные задачи. Среди них главный модуль называется мастером, определяющим порядок передачи данных; модули, действующие в соответствии с передачей данных ведущего устройства, называются ведомыми, а модуль, отвечающий за контроль адреса пункта назначения передачи данных, называется устройством контроля местоположения. Кроме того, существуют модули, выдающие и обрабатывающие запросы прерываний, и арбитражные модули, определяющие и обрабатывающие запросы от других модулей. Конечно, есть еще модули, выдающие тактовые сигналы, и модули, контролирующие работу блока питания системы.
Функциональная архитектура VME
Каждый из этих модулей имеет свое разделение труда, но для совместной работы им необходима поддержка шин. Шины системы VME разделены на четыре основные категории: шина передачи данных, арбитражная шина передачи данных, шина приоритетных прерываний и шина общего-назначения.
Шина передачи данных – это высокоскоростная-асинхронная параллельная шина передачи данных, способная передавать данные и сигналы адреса. Через него попарно обмениваются данными ведущие устройства, подчиненные устройства, модули прерываний и модули обработки прерываний. Два других модуля, таймер шины и драйвер шлейфового подключения JACK, также участвуют в обработке данных через шину передачи данных.
Шина арбитража передачи данных настроена таким образом, чтобы в определенный момент времени шину передачи данных занимал только один модуль. Работающие на нем модули запроса и арбитража будут загружать согласованные команды, выдаваемые модулями. Модуль арбитража находится в первом слоте объединительной платы и определяет, какое ведущее устройство будет иметь приоритет в использовании ресурсов шины. Конкретные методы определения включают алгоритм приоритета, алгоритм кругового-робинга и другие алгоритмы упорядочивания. Шина приоритетных прерываний — это шина, которая обрабатывает запросы прерываний для каждого модуля. Различные запросы на прерывание подразделяются на семь уровней в VME, и в зависимости от уровня уровня они работают для прерывания сигнальных линий.
Последний автобус — автобус общего назначения. Так называемая-шина общего-назначения — это шина, отвечающая за некоторые основные задачи системы, включая управление часами, инициализацию, обнаружение ошибок и другие задачи. Он состоит из двух линий тактовой частоты, линии сброса системы, линии сбоя системы, линии сбоя переменного тока и линии последовательных данных.
Модули распределены в параллельной структуре, все данные и команды передаются через базовую шину системы класса 4, а режим сигналов - сигнализация уровня TTL.
Семейство автобусов VME
● ВМЕ64
С развитием периферийных технологий модернизация системы VME была неизбежна. В 1995 году было запущено VME64, новое поколение шинной архитектуры VME. По сравнению с традиционной системой VME, VME64 увеличивает пропускную способность передачи, расширяет адресное пространство и облегчает подключение и отключение платы. Он расширил ширину линии передачи данных и диапазон адресов до 64 бит для плат 6U, предоставил 32-битные и 40-битные адресные модули для плат 3U, увеличил пропускную способность передачи до 80 Мбит/с, увеличил цикл блокировки шины, добавил функцию обнаружения первого слота и добавил поддержку горячего подключения.
● Расширение VME64.
Расширение VME64 — это новый стандарт, принятый в 1997 году и известный также как VME64x. Он добавляет семейство 160-контактных разъемов (расположенных в 5 рядов), разъем P0/J0 между P1/J1 и P2/J2, а также новый контакт питания 3,3 В. Два новых контура периферийной шины системы увеличивают скорость передачи данных до 160 Мбит/с. Кроме того, были добавлены передняя панель EMC и функции ESD.
● ВМЕ320
Возможно, самым большим улучшением VME320 является использование звездообразного соединения с целью ускорения передачи данных. Он использует протокол 2eSST, который является протоколом синхронной передачи источника, который увеличивает теоретическую скорость передачи данных до 320 Мбит/с. Однако VME320 не получил широкой поддержки.
Существует множество других протоколов, производных от VME, которые здесь не описаны.
Тенденции в УМЭ
Текущее преимущество технологии VME заключается в ее многолетнем техническом опыте, полной спецификации и мощной технической поддержке, позволяющей удовлетворить конкретные требования большинства клиентов. Кроме того, его модульность также является очень большим преимуществом, поскольку для многих встраиваемых систем добавление дополнительного ввода-вывода является обычным делом, и VME вполне может удовлетворить эту функцию. VME предоставляет 21 слот расширения, и новые добавленные модули не влияют на общую производительность системы.
Однако VME — это технология, которая родилась 25 лет назад, и многие пользователи не удовлетворены прогрессом VME с точки зрения пропускной способности. Потому что в эпоху огромных объемов данных пропускная способность является важнейшим показателем. Однако поставщики не потеряли веру в VME и делают все возможное, чтобы продлить жизнь VME. Стандарт VXS, представленный SBS, и стандарт VPX, разработанный VITA (Международной торговой ассоциацией VME), представляют собой новую попытку. vXS создает условия для обращения к коммутируемой фабрике, а VPX повышает скорость сигнала коммутируемой фабрики до 6,25 Гбит/с. В то же время многие объединительные платы шины VME начинают использоваться таким же образом. Многие объединительные платы VMEbus начали использовать слоты PMC (PCI Mezzanine Card), чтобы обеспечить прямое использование плат PCI. Производители также использовали конструктивные элементы карт PCI, чтобы поддерживать платы VME в соответствии с требованиями отрасли.
Достижения VME широко признаны, но производителям придется продолжать усердно работать, чтобы омолодить его в течение следующего десятилетия. Тихий спад этой очень устойчивой технологии, вероятно, не то, что большинство людей хотели бы видеть.