Эволюция стандарта PCI для жестких встраиваемых приложений

Начало разработки спецификации PCI было положено в 1991 году специалистами компании Intel. Основная цель: стандартизация интерфейса высокопроизводительных микроэлектронных компонентов процессорного ядра для семейства i 486 и перспективных микропроцессоров. К таким компонентам относятся: микросхемы графических акселераторов SVGA, контроллеры дисковых подсистем EIDE, SCSI, элементы управления памятью, сетевые контроллеры Ethernet, ATM, AnyLAN, FDDI и т. д. Идею PCI в рамках организации PCI SIG (PCI Spesial Interest Group) поддержали все крупнейшие производители средств вычислительной техники: Motorola, HP, DEC, Sun, Apple.

Вычислительные установки, на которых применяются ОСРВ, можно разделить на три группы:

· «Обычные» (офисные) компьютеры. По логическому устройству совпадают с настольными системами. Аппаратное устройство несколько отличается. Для обеспечения минимального времени простоя в случае технической неполадки процессор, память и т.д. размещаются на съемной плате, вставляемой в специальный разъем так называемой «пассивной» основной платы. Быстрые процессоры, высокая скорость работы периферии, конфигурирование Plug - and - Play ввода/вывода, независимость от типа микропроцессора и другие плюсы PCI – неплохая база для совершенствования программного обеспечения. Современная настольная персональная машина имеет 3-4 разъема для подключения стандартизованных PCI -плат.

· "Полупромышленные" промышленные компьютеры. Архитектура управляющей машины на основе "классической" активной материнской платы малопригодна для промышленных управляющих систем, работающих в условиях повышенных требований к скорости восстановления, термо-, вибро-, ударопрочности, а также по причине большого параметра MTTR (Mean-Time-To-Repair) – среднего времени восстановления системы, т.е. из-за низкой надежности.

Некоторые компании-производители (IBM, GESPAC, I - Bus, Texas Microsystems, Xycom и др.), объединенные в консорциум PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturer's Group), предложили и в феврале 1994 года опубликовали спецификацию промышленного компьютера на основе пассивной PCI -магистрали с использованием одноплатных компьютеров/контроллеров, имеющих, по сути, стандартный офисный (desktop) механический формат и устанавливаемых в специальное гнездо PCI & ISA (в сущности, стандартизации был подвергнут только формат одноплатного контроллера). Он поддерживает работу объектного ввода/вывода как через PCI -интерфейс, так и через ISA. Все компоненты вычислительного ядра (CPU, DRAM, сеть, графика и т. д.) содержатся сразу на плате контроллера-компьютера. Такой компьютер имеет пассивную магистраль для установки одновременно 4-12 плат ISA и 4 плат PCI офисного формата в соответствии с PCI rev. 2.0. Можно было специфицировать такой компьютер и без ISA -расширений, но нельзя не учитывать наличия большого парка готовых ISA -плат, имеющих хождение на рынке. Причем параметры надежности этих промышленных компьютеров выше, чем у настольных. Хотя по сравнению с компьютерами, выполненными в наиболее популярном для промышленного мира механическом конструктиве "Евромеханике" или в сверхжестком SEM-E -формфакторе, их лучше именовать "полупромышленными", не ориентированными на конечные промышленные приложения, требующие действительно высокой надежности. Их идеальное место в системе управления – качественный человеко-машинный интерфейс/ HMI с оператором, сетевая/архивная станция и/или система ввода/вывода в некритичных приложениях.

§ Промышленные компьютеры. Состоят из одной платы, на которой размещены процессор, контроллер памяти, память. Память может быть нескольких видов – ПЗУ (в которой размещается сама ОСРВ), ОЗУ (там размещаются код и данные), флеш-память (может играть роль диска). На плате также находятся контроллеры периферийных устройств, несколько программируемых таймеров. Среди процессоров этих компьютеров доминируют процессоры семейства PowerPC, Motorola 68 xxx, SPARC, ARM, Intel 80 x 86, 80960 x.

PCI являются стандартом де-факто при создании высокопроизводительных одноплатных компьютеров/контроллеров для традиционных управляющих архитектур, предназначенных для работы в условиях, требующих высокой надежности (большого соотношения MTBF /наработка на отказ от 100 000 часов), короткого MTTR, механической компактности и большой канальности ввода/вывода. Это касается международного стандарта промышленных/военных ММС для СРВ – VMEbus и V XI/ Мultibus -II, ряда "частнофирменных" стандартов. Сегодня промышленный одноплатный VME -компьютер на процессорах PowerPC, Pentium (Pro), Alpha без локального PCI -интерфейса представить себе практически невозможно. Просто экономически чрезвычайно невыгодно его создавать без применения PCI. Как нельзя его представить и без средств гибкого локального расширения ввода/вывода – мезонинного интерфейса PMC / IEEE 1386 на основе шины PCI.

PCI активно внедрился в новейшие разработки на основе сигнальных/ DSP VME -процессоров с поддержкой PMC -ввода/вывода. Уже серийными стали разработки ROTS & MOТS / Rugged & Military Of The Shelf / вариантов одноплатных VME 64/ PCI – компьютеров с кондукционным охлаждением для военных и иных спецсистем. Внедрение PCI чрезвычайно облегчило проектирование VME -компьютеров на основе любого универсального RISC -процессора и коммуникационных процессоров типа МРС 860 компании Motorola. Компания Tundra Semiconductor Corporation, больше известная как Newbridge Microsystems, выпустила ряд мостовых PCI-VME 64 кристаллов, в частности Tundra Universe CA 91 CO 42-33CE, которые позволяют любой PCI -компьютер без особых проблем выполнить в стандарте VME.

Очень существенно PCI повышает характеристики VMEbus -системы для мощного телекоммуникационного ввода/вывода. Кристаллы QSpan компании Tundra обеспечивают прямой выход самых популярных в мире коммуникационных процессоров МС68360, МРС 860 и CISC real-time процессоров МС 68040/68060/68070 на шину PCI.

Ориентированный на блочные передачи (именно здесь PCI подтверждает свои преимущества) PCI не является "идеальной" средой для СРВ, где очень важны скорости единичных передач и скорость/гибкость/эффективность обработки прерываний от большого числа малорегистровых источников объектного ввода/вывода. В этом случае трафик на PCI снижается в несколько раз при использовании интерфейса RISC / CPU + PCI + VME 64. Особенно в критичных к времени реакции приложениях. Эти проблемы пытаются решать, как правило, за счет высокой производительности процессоров и оптимизации системного и прикладного программного обеспечения.

Встраиваемые системы. Устанавливаются внутрь оборудования, которым они управляют. Для крупного оборудования могут по исполнению совпадать с промышленными компьютерами. Для оборудования поменьше могут представлять собой процессор с сопутствующими элементами, размещенными на одной плате с другими электронными компонентами оборудования. Для миниатюрных систем процессор с сопутствующими элементами может быть частью одной из интегральных схем оборудования.

Дата добавления: 2014-01-05