Мезонин в электронике что это
Мезонинные модули стандарта FMC для построения высокопроизводительных систем обработки сигналов
Одна из самых заметных проблем, с которыми сталкиваются разработчики встроенных систем, — это разнообразие технических требований к организации внешнего интерфейса ввода-вывода. Независимо от того, будь то Ethernet с оптическим или «медным» физическим уровнем передачи данных, аналоговый интерфейс или гигабитный последовательный интерфейс, разработчикам системы требуется набор средств для эффективного создания необходимого сочетания интерфейсов в вычислительной системе.
Мезонинный модуль стандарта FMC
Одним из способов решения данной проблемы является использование «двухкомпонентной системы» состоящей из платы носителя с блоком обработки и мезонинного модуля, служащего для организации ввода/вывода сигналов.
Данный подход хорошо стандартизован и включает несколько форм-факторов мезонинных модулей, таких как PMC и XMC и специализированных исполнений носителей, наиболее распространёнными из которых являются модули форм-фактора VME, VPX, CompactPCI, AdvancedTCA, MicroTCA, PCI, PXI. Взаимодействие между несущей платой и мезонинными модулями PMC и XMC основано на шинах PCI и PCI-Express соответственно.
Широкое распространение технологии FPGA (Field-Programmable Gate Array), только подтвердило правильность подхода, разделяющего компоненты встраиваемой вычислительной системы на устройства ввода-вывода и устройства математической обработки и, эволюционно, привело к стандартизации модулей ввода/вывода. В 2008 году был финализирован кросс-платформенный стандарт ANSI/VITA 57.1 FPGA Mezzanine Card (FMC). Этот стандарт определяет конструкцию модуля и физический интерфейс модуля с несущей платой (тип разъёмного соединителя, набор сигналов, их физические характеристики и расположение на контактах соединителя). Протокол взаимодействия модуля с несущей платой стандартом не ограничен ввиду многообразия возможных типов интерфейсов ввода/вывода. Именно и делает стандарт модулей FMC, в отличие от PMC, XMC, по настоящему кросс-платформенным и применимым на базе любых несущих платах.
Мезонинные модули FMC имеют форм-фактор с габаритными размерами одинарного (69×76,5 мм), либо сдвоенного (139×76,5 мм) размера. Модули стыкуются в качестве мезонинов со специальными несущими платами обработки данных, содержащими программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Стандарт определяет два варианта разъема для стыковки несущего и мезонинного модулей FMC, а именно Low Pin Count (LPC) на 160 линий, либо High Pin Count (HPC) на 400 линий (разъёмные соединители pin-совместимы).
На мезонинных модулях FMC находятся устройства ввода-вывода и первичной обработки сигналов, такие как АЦП, ЦАП, DDC или интерфейсные приемопередатчики. Исключение промежуточных интерфейсных мостов позволяет максимизировать пропускную способность при передаче данных. Технология FMC позволяет существенно упростить процесс проектирования встраиваемых систем.
Преимущества модулей FMC:
Максимальная пропускная способность — индивидуальная скорость передачи данных до 10 Гбит/с, с общей пропускной способностью до 100 ГБ/с и более между мезонином и ПЛИС.
Минимальная латентность – благодаря исключению промежуточных интерфейсных мостов, что также обеспечивает детерминизм доставки данных.
Уменьшенная сложность проектирования — ввод-вывод подключается непосредственно к FPGA, поэтому опыт работы с такими стандартными протоколами, как PCI, PCI Express или Serial RapidIO, не требуется. Поддерживается возможность непосредственного соединения между микросхемами мезонина и ПЛИС несущего модуля, в том числе и через мультигигабитные трансиверы.
Минимальные системные затраты. Упрощение проектирования системы снижает затраты на IP-ядра, уменьшает время разработки и снижает расходы на комплектующие изделия для готового продукта.
Область применения мезонинных модулей FMC чрезвычайно широка и включает системы связи, радиолокации, гидроакустики, обработки и распознавания речи, лабораторное оборудование, системы автоматизации промышленного оборудования, системы медицинской диагностики, цифровое радио и телевидение и пр.
Производители модулей FMC
Отечественные: ЗАО «Скан Инжиниринг Телеком», «Инструментальные Системы» (ЗАО «ИнСис»), Fastwel.
Зарубежные: Abaco, Aldec, Curtiss-Wright, Extreme Engineering Solutions (X-ES), Mercury Systems, Faster Technology, Hitech global.
Мезонинная плата
Сегодня большинство разработчиков промышленных и телекоммуникационных компьютерных систем предпочитают использовать готовые платы. Но многие идут по пути собственных разработок, объясняя этот выбор двумя причинами: или нет платы с теми функциями, которые нужны, или такая плата есть, но на ней есть лишние функции, которые не нужны и поэтому её применение невыгодно. Действительно, несмотря на огромный парк готовых плат (ISA, PCI, VME, CompactPCI, PC/104, PC/104+,OpenVPX) иногда не удается подобрать необходимую конфигурацию. Использование мезонинных технологий позволяет решить эту проблему.
Основными международными мезонинными стандартами, применяемыми сегодня, являются:
* IndustryPack (стандарт VITA 4-1995)
* PMC (PCI Mezzanine Card) (стандарт IEEE 1386.1)
* PC-MIP (стандарт VITA-29).
* XMC (Switched Mezzanine Card)
FPGA Mezzanine Card (FMC)
AdvancedMCЭти стандарты поддерживаются и развиваются консорциумом производителей и пользователей мезонин-технологий GroupIPC или РТ Софт.
Связанные понятия
Небольшая печатная плата, на которой размещены микросхемы запоминающего устройства, обычно ОЗУ.
Не путайте с ECC памятью, хотя регистровые модули всегда используют ECC.Регистровая память (англ. Registered Memory, RDIMM, иногда buffered memory) — вид компьютерной оперативной памяти, модули которой содержат регистр между микросхемами памяти и системным контроллером памяти. Наличие регистров уменьшает электрическую нагрузку на контроллер и позволяет устанавливать больше модулей памяти в одном канале. Регистровая память является более дорогой из-за меньшего объема производства и наличия дополнительных.
Разъём центрального процессора — гнездовой или щелевой разъём (гнездо) в материнской плате, предназначенный для установки в него центрального процессора. Использование разъёма вместо непосредственного припаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера, а также значительно снижает стоимость материнской платы.
Многопользовательское, мультерминальное или терминальное решение позволяет организовать на базе одного компьютера несколько независимых мест — терминалов — с возможностью одновременной работы.
В области телекоммуникаций и информатике параллельным соединением называют метод передачи нескольких сигналов с данными одновременно по нескольким параллельным каналам. Это принципиально отличается от последовательного соединения; это различие относится к одной из основных характеристик коммуникационного соединения.
О типе данных в БД см. BLOB.Блоб (от англ. binary linked object — объект двоичной компоновки) — объектный файл без публично доступных исходных кодов, загружаемый в ядро операционной системы. Обычно этот термин применяется только по отношению к модулям, загружаемым в ядро свободной или открытой операционной системы; термин редко применяется по отношению к коду, выполняющемуся не в режиме ядра, например, код BIOS, микропрограммный код устройств, программы, выполняющиеся в пользовательском режиме.
В программировании, ассемблерной вставкой называют возможность компилятора встраивать низкоуровневый код, написанный на ассемблере, в программу, написанную на языке высокого уровня, например, Си или Ada. Использование ассемблерных вставок может преследовать следующие цели.
Ultra-Mobile PC (UMPC), ранее известная под кодовым именем Origami Project — спецификация на мобильные компьютеры небольшого размера. Разрабатывалась компаниями Microsoft, Intel, Samsung и рядом других участников. Проект и прототипы устройств были впервые представлены в начале марта 2006 года на CeBIT.
Управляемые услуги (англ. managed services) — практика передачи постоянных видов деятельности менеджмента за пределы организации. Термин является близким по значению к слову «аутсорсинг».
Мезонинные технологии
Технологии VME и PCI
Аппаратная архитектура
Организация промышленных систем
В развитии промышленных систем автоматизации в основном просматривались общие тенденции компьютерной индустрии, однако можно указать несколько принципиальных особенностей, которые требуют специализированных решений.
1. Промышленные системы функционируют в тяжелых для электронной техники условиях внешней среды, поэтому по сравнению с обычными компьютерами они должны иметь повышенную термо-, вибро-, ударопрочность.
2. Требуется подключать гораздо более широкую номенклатуру внешних устройств.
3. Время реакции системы на изменения параметров объекта управления определяется внешними реальными временными интервалами – такие системы называются системами реального времени.
Для разработчиков систем автоматизации стандарты – это возможность создавать открытые модульные комплексы из готовых программных и аппаратных блоков разных производителей. Выигрывают и поставщики – во-первых, они могут действовать на всем рынке, а не только на своей частной делянке. Во-вторых, они получают доступ к профессионально разработанным спецификациям открытых стандартов, для которых не требуется приобретение патентов и которые не защищены авторским правом.
Успех стандарта не определяется постановлением правительства. Он будет продуктивен при условии, что его поддерживают поставщики, разработчики и потребители. И уж во всяком случае стандарт должен развиваться, отражая постоянно растущий потенциал базовых технологий. В этом плане в области систем управления жизнь кипит: при изобилии стандартов разного уровня идет жесткая конкурентная борьба альтернативных подходов.
По отмеченным причинам одним из основных архитектурных решений для систем промышленной автоматизации является магистрально-модульная архитектура, в которой различные внешние блоки – модули связываются между собой через общую магистраль. Первым из получивших широкое признание международных стандартов на магистрально-модульные системы стал принятый в 1968 году стандарт CAMAC. Сегодня уже очевидно, что большинство разработчиков систем промышленной автоматизации практически отказались от применения нестандартных технических решений (их доля снизилась до 12%), возможно даже в ущерб техническим характеристикам, ориентируясь на стандарты де-факто и де-юре.
Мезонинные технологии применяются достаточно давно: в середине 80-х не было способа запаивать на основной плате кристаллы памяти емкостью более 64 Кбайт, и для увеличения ее объема использовались мезонинные модули. Сейчас, когда степень интеграции микросхем гораздо выше, на одной плате размещается простой компьютер со всеми соответствующими электронными атрибутами, и еще остается место. Мезонинные технологии приобрели новый смысл – сегодня это средство модульного наращивания функциональных возможностей. Взяв за основу типовую плату, разработчик может добавить к ней специальные пользовательские функции, реализованные в готовом мезонинном модуле.
Таким образом, мезонинные платы представляют еще один, более низкий по сравнению, например, с модулями VMEbus уровень модульности. Типичный размер мезонинных плат 50×80 мм. Они являются функционально законченными изделиями и устанавливаются на плату-носитель
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Мезонинные технологии сегодня и завтра
Немного истории
За последние годы значительно выросли возможности по интеграции конечной целевой системы. Если в середине 80-х для построения SCSI-интерфейса, например, приходилось конструировать полноформатную плату, то для сегодняшнего уровня микроэлектроники это и слишком дорого и даже неприлично. Когда нельзя реализовать подобную функцию на одном кристалле, то надо попытаться использовать хотя бы мезонинную плату. Промышленная электроника превратила случайное появление мезонинных «нашлепок» в технологию функционально законченных модулей, находящихся по своему уровню между обычными платами и отдельными радиоэлектронными элементами. Выделение нового уровня модульности опиралось, в первую очередь, на их стандартизацию, вначале, естественно, внутрифирменную.
Стандартизация мезонинов
Сейчас работа по стандартизации мезонинов обычно начинается в VITA (международной ассоциации VME/
Современный общеупотребительный мезонин
Маркетинговые преимущества применения мезонинов
Другие преимущества мезонинов
Помимо быстроты компоновки системы, мезонинные модули позволяют легко оптимизировать систему в отношении критериев стоимости, производительности, габаритов, функциональности, а также сделать ее более надежной и дешевой в эксплуатации. Хорошо известно, что в процессе эксплуатации систем управления «вылетают» обычно входные/выходные каналы. Если их расположить на мезонине, то в этом случае менять можно уже не всю плату, например VME или ISA, а всего лишь гораздо более дешевый мезонинный модуль, установленный на этих платах. И ЗИП можно формировать из мезонинных модулей, а не из полноформатных плат ввода/вывода стандартных интерфейсов.
Созданные по заказу промышленной электроники, такие стандартные мезонины сейчас широко применяются и в авиационно-космических приложениях, где они очень удобны для создания стендового оборудования и тренажеров, и в ядерной физике, скажем, в ЦЕРН.
Типы мезонинных технологий
Некоторые технические характеристики мезонинов
Программное обеспечение
Обычно, вместе с мезонинными платами продаются и драйверы для тех операционных систем, под управлением которых решаются задачи на основных платах-носителях. Это касается в основном стандартных операционных систем реального времени OS9, pSOS+, VMExec, VxWorks, LynxOS и др.
Продвижение технологии
За последние 4 года активность по разработке модулей IP резко возрасла. Можно сравнить каталоги фирм двухлетней давности и нынешние: номенклатура выросла в несколько раз. Чтобы успешнее продвигать эту технологию на рынок, наиболее активные западные компании создали международный консорциум. В него вошли пользователи, разработчики, производители аппаратуры и программного обеспечения. Кроме этой структуры, IP поддерживает и развивает рабочая группа в рамках международной организации VITA. Эта группа выпустила в текущем году первый номер американо-европейского журнала «Mezzanin».
Платы-носители для IP
Количество размещаемых IP
Номенклатура IP
ЦАП и АЦП. Это наиболее представленный в номенклатуре IP раздел. С числом каналов от 4 до 16, с разрядностью от 8 до 16. С гальванической развязкой и без. С временем преобразования от сотни миллисекунд до единиц микросекунд. С входами/выходами по току и напряжению.
Цифровой ввод/вывод. Также характеризуется множеством типов, различающихся по току, напряжению, выполненных с оптоизоляцией и без, с числом каналов от 8 до 48. С защитами и без, с различной дисциплиной генерации прерываний в основной хост.
Дисковые контроллеры. Поддерживают в основном SCSI и SCSI-2.
Графические модули. Это, как правило, SVGA-контроллеры с поддержкой стандартной клавиатуры и мыши. Поддерживают стандартные мониторы и различные плоские панели: LCD, EL, TFT и т. п. Например, когда контроллер MVME-162 необходимо дополнить графикой, можно установить графический IP, подсоединить желаемый монитор и запустить X Window или графический пакет реального времени MGR в среде одной из операционных систем реального времени.
Модули обработки изображения. Это платы, которые собирают информацию от различных сканирующих устройств, например, от видеокамеры.
Сигнальные процессоры. На IP используются, если надо повысить скорость выполнения вычислений с плавающей точкой. Выполняются на базе DSP TMS320Сx0, MC5600x и другие.
Контроллеры двигателей. Работают с двигателями постоянного и переменного тока, 2- и 3-координатными, с интеллектом и без, со встроенными функциями PID-управления.
Интерфейсы датчиков перемещения. Как правило, обслуживают известные, популярные модели датчиков. Используются, например, для управления большими телескопами.
Общепромышленный ввод/вывод. Объединяет платы, собирающие данные от устройств типа датчиков давления, силы, температуры и тому подобные. На одном IP размещается до 16 каналов с разрядностью 10-16 бит. К этому разделу относят и платы, выполняющие функции цифрового ввода/вывода, но не обычного, а с повышенными нагрузочными характеристиками. Например, 40 каналов, рассчитанных на ток силой до 1 ампера. Сюда же относят реализации интерфейса IEEE-488 (GPIB, КОП), I2C и другие.
Счетчики, таймеры. Различной разрядности, канальности и скорости работы. Применяются как времязадающие элементы системы, генераторы последовательностей, измерители длительности импульсов, измерители частоты, периода.
Новые веяния
Поделитесь материалом с коллегами и друзьями
Мезонинная плата
Мезонинная плата, мезонин — плата, вставляемая в основную плату (носитель) и располагающаяся параллельно плате-носителю. Носитель (ISA, PCI, VMEbus, CompactPCI) может иметь несколько слотов для размещения мезонин-модулей и, следовательно, допускает гибкую функциональную конфигурацию.
Сегодня большинство разработчиков промышленных и телекоммуникационных компьютерных систем предпочитают использовать готовые платы. Но многие идут по пути собственных разработок, объясняя этот выбор двумя причинами: или нет платы с теми функциями, которые нужны, или такая плата есть, но на ней есть лишние функции, которые не нужны и поэтому её применение невыгодно. Действительно, несмотря на огромный парк готовых плат (ISA, PCI, VME, CompactPCI, PC/104, PC/104+), иногда не удается подобрать необходимую конфигурацию. Использование мезонинных технологий позволяет решить эту проблему.
Основными международными мезонинными стандартами, применяемыми сегодня, являются:
Эти стандарты поддерживаются и развиваются консорциумом производителей и пользователей мезонин-технологий GroupIPC или РТ Софт.
IndustryPack [ править ]
IndustryPack — мезонинная плата вставляемая в другие платы CompactPCI, VMEbus и т. п.
PC-MIP [ править ]
PC-MIP — мезонинная плата на основе шины PCI или CompactPCI.
PMC [ править ]
PMC (PCI Mezzanine Card) мезонинная плата на основе шины PCI или CompactPCI (стандарт IEEE 1386.1).
Очень часто на платах ПК-совместимых промышленных ПК находятся разьёмы шин PC/104, PC/104+ и StackPC, которые позволяют использовать платы одноимённого формата, в качестве мезонинных плат.