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Serie Modulare Computersysteme, Teil 1/4

Vergleich der Architekturen

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Diese reicht von einer einzelnen Lane (x1, Ultra Thin Pipe) bei CompactPCI PlusIO bis zu maximal 16 (je nach Profil) bei OpenVPX. Einheitlich unterstützen alle Standards außer CompactPCI PlusIO eine Breite von vier Lanes pro Link (x4, Fat Pipe); bei CompactPCI Serial können parallel zu den sechs x4-Links auch noch zwei Links mit acht Lanes (x8, Double Fat Pipe) betrieben werden.

Aktuell ist überall noch PCI Express Gen 2 als Standard definiert, was bei vier Lanes (x4, Fat Pipe) einer maximalen Datenrate von 16 GBit/s entspricht. Während das als Speicherschnittstelle benötigte SATA-Protokoll auf allen seriellen Systemarchitekturen vertreten ist, findet man das typische PC-Interface USB als Fabric-Protokoll nur auf den beiden seriellen CompactPCI-Plattformen.

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Generell hängt die maximale Anzahl an möglichen Lanes und damit auch die maximale Übertragungsbandbreite des Systems davon ab, wie viele differenzielle Paare der jeweilige Steckverbinder unterstützt. Natürlich können auch weitere verfügbare (User definable) Pins zum Aufbau zusätzlicher Verbindungen bzw. Lanes genutzt werden. Dann aber leidet die Kompatibilität der einzelnen Baugruppen. Hier zeigt sich ein großer Vorteil von VPX/OpenVPX mit seinen vielen Signalpaaren und den daraus entstehenden, schier unbegrenzten Möglichkeiten, die allerdings bei OpenVPX (VITA 65) aus Gründen der Kompatibilität auf eine begrenzte Anzahl an Profilen eingeschränkt werden.

Unterschiedliche Konzepte und Topologien der Standards

CompactPCI PlusIO (Bild 3) hat für alle seriellen Schnittstellen eine einfache Sternstruktur mit dem Systemboard im Mittelpunkt. Die Anzahl der Schnittstellen ist durch die Architektur stark limitiert. Andererseits ermöglicht die Abwärtskompatibilität zu CompactPCI eine sanfte Migration zu einer Highspeed-Architektur. Typischerweise wird diese Brückenfunktion verwendet, wenn bereits vorhandene Schnittstellenkarten mit einigen neuen High-Performance-Modulen gekoppelt werden, um die Leistungsfähigkeit bestehender Produkte zu erhöhen.

Mehr Highspeed-Schnittstellen sind verfügbar, wenn der Schritt zur rein seriellen Systemarchitektur CompactPCI Serial komplett erfolgt ist. CompactPCI Serial (Bild 4) ist der jüngste Standard und kann auch ohne zusätzlichen Switch einfach per Gigabit Ethernet, PCI Express, SATA mit bis zu acht weiteren Boards verbunden werden und bietet darüber hinaus als einziges System dazu auch noch USB 3.0 an. In einer Standard-Backplane werden alle Schnittstellen in einer Sterntopologie vom Systemslot aus zu den Peripheriekarten verbunden. Lediglich Ethernet kann optional als Full Mesh ausgelegt werden, um eine Direktverbindung aller Module zu ermöglichen. Die dadurch entstehende Struktur erlaubt damit den Aufbau eines Rechnersystems, das Peripherie an eine CPU anbindet, und gleichzeitig können mehrere Single Board Computer über ein Netzwerk verbunden werden.

VXS (Bild 5) ist durch Hinzufügen serieller Links zum bewährten VME64x-Bus entstanden: Hierzu wird ein konventioneller Steckverbinder durch einen Highspeed-Steckverbinder ersetzt. Bei dieser Architektur gibt es keinen speziellen System-Slot, sondern es wird zwischen Switches und Payload-Boards unterschieden. Mit passenden Backplanes und Switches können viele Topologien wie Star, Dual-Star und beliebige Mesh-Struktur mit insgesamt bis zu 16 Payload-Boards und zwei Switches realisiert werden. Es können per Distributed Switching auch einfache Systeme mit Ring- oder fester Mesh-Struktur aufgebaut werden.

VXS bietet eine breite Vielfalt an Möglichkeiten; Topologie und Funktion eines VXS-Systems hängen hier wesentlich von der jeweils verwendeten Backplane ab. Nachteilig wirken sich die geringe Anzahl an verfügbaren seriellen Lanes und die dadurch beschränkte Bandbreite sowie die (wegen der VM64x-Kompatibilität) ausschließliche Verfügbarkeit als 6U-Format aus. Zu beachten ist, dass bisher nur das SRIO-Protokoll als VITA-Standard ratifiziert wurde. Trotz Einsatz im Markt, befinden sich andere Protokolle wie PCI Express, Gigabit Ethernet und 10 Gigabit Ethernet dagegen noch im Working Group Draft-Status.

OpenVPX (VITA 65, Bild 6) wurde auf Grund von Kompatibilitätsproblemen aus dem VPX-Standard (VITA 46) weiterentwickelt. Bei VPX gab es durch zu große Gestaltungsfreiräume eine schier unendliche Vielzahl von Konfigurationsmöglichkeiten, so dass es schwierig war, kompatible Module oder auch nur Second Sources zu finden. OpenVPX als wirklich offener Standard wirkt dieser Problematik entgegen, indem die Anzahl der Konfigurationen (Profile) für 3U- und 6U-Backplanes und Module eingeschränkt und jedes Profil genauestens spezifiziert wird.

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