VME bus princip og anvendelse
VME (VersaModule Eurocard)-bus er en generel-computerbus, der kombinerer den elektriske standard fra Motorolas Versa-bus med den mekaniske formfaktor for Eurocard-standarden, der er etableret i Europa, og er en åben arkitektur. Den definerer et system til sammenkobling af databehandling, datalagring og tilslutning af perifere kontrolenheder i en tæt koblet hardwarearkitektur. I årenes løb har VME-systemet udviklet sig til et vel-etableret system, omkring hvilket produkter er blevet udviklet til industriel kontrol, militære systemer, rumfart, transport og medicinske applikationer.
Funktioner af VME
VMEs dataoverførselsmekanisme er asynkron med flere buscyklusser, adressebredder på 16, 24, 32, 40 eller 64 bit og datalinjebredder på 8, 16, 24, 32 og 64 bit, og systemet kan vælge dem dynamisk. Dens dataoverførselsmetode er asynkron, så den er kun underlagt signaludvekslingsprotokollen og afhænger ikke af systemets ur; dens dataoverførselshastighed er fra 0 til 500 Mb/s; derudover er der mulighed for ualignet dataoverførsel, fejlkorrektion og selv-diagnostik og brugerdefinerede-I/O-porte; den er udstyret med 21 stik-in slots og flere backplanes, som kan bruges i militære applikationer Conduction Cooling Module.
VME arkitektur
Fordi det er en kombination af to standarder, kan VME-systemet også ses som to dele. Den ene del er den mekaniske arkitektur, som bestemmer størrelsen af backplanes, frontpaneler og embedded boards i VMEbus-systemet, og den anden del er den funktionelle arkitektur, som definerer systemets flow.
1. VME Mechanical Architecture
Hoveddelen af VME's mekaniske struktur er backplane, som er et printkort. Den fås i tre størrelser: 3U (160 mm × 100 mm), 6U (160 mm × 233 mm) og 9U (367 mm × 400 mm). I henhold til VME64x-standarden er der tre typer stik i VME-systemet, som er P0/J0, P1/J1 og P2/J2, hvor "P" og "J" står for henholdsvis PLUG og JACK stik. P1/J1- og P2/J2-stikkene har 96 ben arrangeret i tre rækker med 32 ben hver, mens P0/J0-stikket har 95 ben. 3U-bagplader kun har P1/J1- eller P2/J2-stik, mens 6U-bagplader har både J1- og J2-stik.
2. Funktionel struktur af VME
Som vist i figur 1 kan den funktionelle arkitektur af VME beskrives som bestående af signallinjer, backplane interface logik og funktionelle moduler. Ydeevnen af bagplangrænsefladelogikken styres af en række karakteristika på bagplanet, såsom signallinjeimpedans, udbredelsestid, termineringsværdier og så videre. Den og signallinjerne er bindeleddet mellem de forskellige dele af systemet. Funktionelle moduler er på den anden side samlinger af kredsløb, der udfører specifikke opgaver. Blandt dem kaldes hovedmodulet masteren, som bestemmer rækkefølgen af datatransmission; de moduler, der fungerer i henhold til masterens datatransmission, kaldes slaver, og det modul, der er ansvarligt for at overvåge adressen på datatransmissionsdestinationen, kaldes lokationsovervågningsenheden. Derudover er der moduler, der udsteder og behandler afbrydelsesanmodninger, og voldgiftsmoduler, der bestemmer og behandler anmodninger fra andre moduler. Der findes naturligvis også moduler, der afgiver clock-signaler, og moduler, der overvåger driften af systemets strømforsyning.
VME funktionel arkitektur
Hvert af disse moduler har sin egen arbejdsdeling, men for at arbejde sammen kollektivt har de brug for støtte fra busser. VME-systemets busser er opdelt i fire hovedkategorier: dataoverførselsbussen, dataoverførselsvoldgiftsbussen, prioritetsafbrydelsesbussen og den generelle-bus.
Dataoverførselsbussen er en-højhastigheds asynkron parallel dataoverførselsbus, der er i stand til at overføre data og adressesignaler. Master-enheder, slave-enheder, interrupt-moduler og interrupt-håndteringsmoduler udveksler data to og to via den. To andre moduler, bustimeren og JACK daisy-kædedriveren, deltager også i databehandlingen via dataoverførselsbussen.
Dataoverførselsarbitreringsbussen er sat op til at sikre, at kun ét modul optager dataoverførselsbussen på et givet tidspunkt. Anmodnings- og voldgiftsmodulerne, der arbejder på det, vil indlæse koordinere kommandoerne udstedt af modulerne. Voldgiftsmodulet er i det første slot i bagplanet og bestemmer, hvilken masterenhed der vil have prioritet ved brug af busressourcerne. Specifikke bestemmelsesmetoder omfatter en prioritetsalgoritme, en round-robin-algoritme og andre sekventeringsalgoritmer. Prioritetsafbrydelsesbussen er den bus, der håndterer afbrydelsesanmodninger for hvert modul. Forskellige afbrydelsesanmodninger er kategoriseret i syv niveauer i VME, og afhængigt af niveauet af niveauet arbejder de for at afbryde signallinjerne.
Den sidste bus er den generelle bus. Den så-almindelige-bus er den bus, der er ansvarlig for nogle af systemets grundlæggende opgaver, herunder kontrol af uret, initialisering, fejlregistrering og andre opgaver. Den består af to clock-linjer, en system-nulstillingslinje, en systemfejllinje, en AC-fejllinje og en seriel datalinje.
Modulerne er fordelt i en parallel struktur, og alle data og kommandoer transmitteres gennem systemets underliggende klasse 4-bus, og signalernes tilstand er TTL-niveausignalering.
VME bus familie
● VME64
Med udviklingen af perifere teknologier var opgradering af VME-systemet uundgåelig. I 1995 blev VME64, en ny generation af VME-busarkitektur, lanceret. Sammenlignet med det traditionelle VME-system øger VME64 transmissionsbåndbredden, udvider adresserummet og letter til- og frakobling af kort. Det udvidede datalinjebredden og adresseområdet til 64 bit for 6U-kort, leverede 32--bit og 40-bit adressemoduler til 3U-kort, øgede transmissionsbåndbredden til 80 Mb/s, øgede buslåsecyklussen, tilføjede den første slotdetektionsfunktion og tilføjede understøttelse af hot-plugging.
● VME64 udvidelse
VME64-udvidelsen er en ny standard, der blev vedtaget i 1997 og er også kendt som VME64x. Den tilføjer en 160-bens konnektorfamilie (arrangeret i 5 rækker), et P0/J0-stik mellem P1/J1 og P2/J2 og en ny 3,3V strømstik. Systemets to nye edge bus loops øger datahastigheden til 160 Mb/s. Derudover er der tilføjet et EMC-frontpanel og ESD-funktioner.
● VME320
Den måske største forbedring i VME320 er brugen af en stjerneforbindelse med det formål at accelerere dataoverførsel. Den bruger en protokol kaldet 2eSST, som er en kildesynkron overførselsprotokol, der øger den teoretiske datahastighed til 320 Mb/s. VME320 er dog ikke bredt understøttet.
Der er mange andre protokoller afledt af VME, som ikke er beskrevet her.
Tendenser i VME
Den nuværende fordel ved VME-teknologien ligger i dens mange års tekniske akkumulering, dens komplette specifikation og stærke tekniske support til at opfylde de specifikke krav fra de fleste kunder. Derudover er dens modularitet også en meget stor fordel, for for mange indlejrede systemer er tilføjelse af yderligere I/O en almindelig ting, og VME kan meget vel opfylde denne funktion. VME har 21 udvidelsespladser, og de nyligt tilføjede moduler påvirker ikke systemets overordnede ydeevne.
VME er dog en teknologi, der blev født for 25 år siden, og mange brugere er ikke tilfredse med VME's fremskridt med hensyn til båndbredde. For i denne æra med massive data er båndbredde en overvældende indikator. Leverandører har dog ikke mistet troen på VME, og de gør alt, hvad de kan for at forlænge VME's levetid. VXS-standarden introduceret af SBS og VPX-standarden udviklet af VITA (VME International Trade Association) er et nyt forsøg. vXS skaber betingelserne for referencer til switched fabrics, mens VPX hæver switched fabric signal rate til 6,25 Gb/s. Samtidig begynder mange VME bus backplanes at blive brugt på samme måde. Mange VMEbus backplanes begyndte at bruge PMC (PCI Mezzanine Card) slots for at muliggøre direkte brug af PCI-kort. Producenterne tog også de konstruktionsmæssige elementer af PCI-kort til at holde VME-kort opdateret med industrien.
VME's resultater er velkendte, men producenterne bliver nødt til at fortsætte med at arbejde hårdt for at forynge det i løbet af det næste årti. Et stille fald for denne meget modstandsdygtige teknologi er nok ikke noget, de fleste gerne vil se.