Digital-Kompendium Compact PCI Serial

Typische Aufgaben der seriellen Schnittstellen

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Um 2-aus-3-Systeme zu verdrahten, bietet sich eine Full-Mesh-Architektur an. Eine Standard-Busplatine nimmt drei identische CPU-Boards auf. Die ebenfalls redundanten Switches können als unabhängige CompactPCI-Serial-Segmente ebenfalls auf Standard-Busplatinen realisiert werden. Die Verdrahtung der Subsysteme untereinander ist wieder mit Rear I/O möglich. Eine kundenspezifische Backplane wäre zur Optimierung dieser Systemfunktion hilfreich.

Modularer Aufbau mit Mezzaninen

Ethernet-Mezzaninkarten sind direkt auf der System-Slot-CPU untergebracht und bringen bis zu acht Ethernet-Anschlüsse auf dem für Ethernet vorgesehenen P6-Steckverbinder auf die Backplane. Sie dienen der Kommunikation mit (intelligenten) Peripherie-Slot-Karten in Stern- oder Mesh-Architektur.

Eine Besonderheit dieser Ethernet-Mezzanine besteht darin, dass sich der CompactPCI-Serial-Systemstecker P6, auf den die Ethernet-Signale geführt sind, nicht auf der CPU-Karte, sondern direkt auf dem Mezzanin befindet. Im Unterschied zu bisher bekannten Mezzanin-Standards gehen die Signale direkt an die Backplane und müssen nicht über die Trägerkarte geroutet werden.

Ein weiterer Vorteil von Mezzaninen ist die Flexibilität bei der Anzahl der Kanäle. Die Bedürfnisse können hier je nach Anwendungsfall stark variieren. Dennoch kann man immer eine Standard-CPU-Karte nutzen.

Zum Aufbau eines vollständig vermaschten Netzes für alle neun Steckkarten wäre je ein Mezzanin mit den maximalen acht Kanälen nötig, um jeweils unabhängig mit jeder anderen Karte kommunizieren zu können. Genügt für einfachere Multiprocessing-Systeme auch eine Sternarchitektur, wird das gleiche Mezzanin-Modul verwendet – in diesem Fall nur einmal aufgesteckt auf der System-Slot-CPU.

Ethernet an der Front mit Peripheriekarten

Eine Möglichkeit für die Nutzung von Ethernet an der Front stellen CompactPCI-Serial-Peripheriekarten dar. Diese lassen sich nicht nur in reinen CompactPCI-Serial-Systemen betreiben, sondern sorgen auch in Hybridsystemen mit einem System-Slot gemäß CompactPCI PlusIO für eine schnelle Verbindung. (Mehr zu Hybridsystemen finden Sie im Kapitel Hybridsysteme.)

Die Verwendung von speziellen Peripheriekarten hat viele Vorteile für besondere Anforderungen:

  • hohe Datenraten,
  • besondere Konfigurationsoptionen, z.B. gleichzeitiger Betrieb aller Kanäle oder wahlweise zwei redundante Kanalpaare,
  • Verwendung von Glasfaser-Anschlüssen (z.B. 1000BASE-SX),
  • Ausstattung für raue Umgebungen, z.B. für -40 bis +85 °C Betriebstemperatur,
  • Ausstattung für Marktanforderungen, z.B. mit M12- anstelle von RJ45-Steckverbindern für Bahnanwendungen.

Ethernet-Schnittstellenkarten erweitern als Peripherie-Boards die Anzahl der verfügbaren Ports der System-Slot-CPU nach außen auf einem separaten Slot. Die Verbindung erfolgt über PCI Express auf dem Stecker P1. Weitere Möglichkeiten bieten Switch-Karten. Mit einem Ethernet-Switch im System-Slot lassen sich – über den Stecker P6 – beispielsweise Multicomputer mit CPU-Karten in den Peripherie-Slots aufbauen. Ein Switch im Peripherie-Slot bringt dagegen die typischen Eigenschaften für die Vernetzung externer Geräte mit – ohne Software-Aufwand.

PCI Express für hohe Bandbreite

Im Gegensatz zu anderen seriellen Interconnects wie beispielsweise SATA und USB 3.0 beschränkt man sich bei PCI Express nicht auf eine einzige Lane (ein differenzielles Empfangs- und Sendeleitungspaar), sondern nutzt bis zu 8 dieser Lanes parallel (PCI Express x8).

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