Αρχή και εφαρμογή διαύλου VME
Ο δίαυλος VME (VersaModule Eurocard) είναι ένας δίαυλος υπολογιστή γενικής-που συνδυάζει το ηλεκτρικό πρότυπο του διαύλου Versa της Motorola με τον συντελεστή μηχανικής μορφής του προτύπου Eurocard που έχει καθιερωθεί στην Ευρώπη και είναι μια ανοιχτή αρχιτεκτονική. Ορίζει ένα σύστημα για τη διασύνδεση της επεξεργασίας δεδομένων, της αποθήκευσης δεδομένων και της σύνδεσης περιφερειακών συσκευών ελέγχου σε μια στενά συνδεδεμένη αρχιτεκτονική υλικού. Με τα χρόνια, το σύστημα VME έχει εξελιχθεί σε ένα καλά καθιερωμένο-σύστημα γύρω από το οποίο έχουν αναπτυχθεί προϊόντα για βιομηχανικό έλεγχο, στρατιωτικά συστήματα, αεροδιαστημική, μεταφορά και ιατρικές εφαρμογές.
Χαρακτηριστικά του VME
Ο μηχανισμός μεταφοράς δεδομένων του VME είναι ασύγχρονος, με πολλαπλούς κύκλους διαύλου, πλάτη διευθύνσεων 16, 24, 32, 40 ή 64 bit και πλάτη γραμμής δεδομένων 8, 16, 24, 32 και 64 bit και το σύστημα μπορεί να τα επιλέξει δυναμικά. Η μέθοδος μεταφοράς δεδομένων του είναι ασύγχρονη, επομένως υπόκειται μόνο στο πρωτόκολλο ανταλλαγής σήματος και δεν εξαρτάται από το ρολόι του συστήματος. Ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων του είναι από 0 έως 500 Mb/s. Επιπλέον, υπάρχει δυνατότητα μη ευθυγραμμισμένης μεταφοράς δεδομένων, διόρθωσης σφαλμάτων και αυτοδιάγνωσης, καθώς και θύρες εισόδου/εξόδου που καθορίζονται από το χρήστη. είναι εξοπλισμένο με 21 υποδοχές-υποδοχής και πολλαπλά backplanes, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε στρατιωτικές εφαρμογές Conduction Cooling Module.
Αρχιτεκτονική VME
Επειδή είναι ένας συνδυασμός δύο προτύπων, το σύστημα VME μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως δύο μέρη. Το ένα μέρος είναι η μηχανική αρχιτεκτονική, η οποία καθορίζει το μέγεθος των πίσω επιπέδων, των μπροστινών πλαισίων και των ενσωματωμένων πλακών του συστήματος VMEbus, και το άλλο μέρος είναι η λειτουργική αρχιτεκτονική, η οποία καθορίζει τη ροή του συστήματος.
1. VME Mechanical Architecture
Το κύριο μέρος της μηχανικής δομής VME είναι το backplane, το οποίο είναι μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Διατίθεται σε τρία μεγέθη: 3U (160 mm × 100 mm), 6U (160 mm × 233 mm) και 9U (367 mm × 400 mm). Σύμφωνα με το πρότυπο VME64x, υπάρχουν τρεις τύποι υποδοχών στο σύστημα VME, οι οποίοι είναι οι P0/J0, P1/J1 και P2/J2, με τα "P" και "J" να αντιστοιχούν στις υποδοχές PLUG και JACK αντίστοιχα. Οι υποδοχές P1/J1 και P2/J2 έχουν 96 ακίδες διατεταγμένες σε τρεις σειρές των 32 ακίδων η καθεμία, ενώ η υποδοχή P0/J0 έχει 95 ακίδες{28}}Τα backplanes U έχουν μόνο συνδέσμους P1/J1 ή P2/J2, ενώ τα backplane 6U έχουν και τις δύο υποδοχές J1 και J2.
2. Λειτουργική δομή του VME
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, η λειτουργική αρχιτεκτονική του VME μπορεί να περιγραφεί ως αποτελούμενη από γραμμές σήματος, λογική διεπαφής backplane και λειτουργικές μονάδες. Η απόδοση της λογικής διεπαφής backplane διέπεται από μια σειρά χαρακτηριστικών στο backplane, όπως η σύνθετη αντίσταση γραμμής σήματος, ο χρόνος διάδοσης, οι τιμές τερματισμού και ούτω καθεξής. Αυτό και οι γραμμές σήματος είναι ο σύνδεσμος μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του συστήματος. Οι λειτουργικές μονάδες, από την άλλη πλευρά, είναι συλλογές κυκλωμάτων που εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες. Μεταξύ αυτών, η κύρια μονάδα ονομάζεται master, η οποία καθορίζει τη σειρά μετάδοσης δεδομένων. οι μονάδες που ενεργούν σύμφωνα με τη μετάδοση δεδομένων του κύριου ονομάζονται slaves και η μονάδα που είναι υπεύθυνη για την παρακολούθηση της διεύθυνσης του προορισμού μετάδοσης δεδομένων ονομάζεται συσκευή παρακολούθησης τοποθεσίας. Επιπλέον, υπάρχουν λειτουργικές μονάδες που εκδίδουν και επεξεργάζονται αιτήματα διακοπής και λειτουργικές μονάδες διαιτησίας που καθορίζουν και επεξεργάζονται αιτήματα από άλλες λειτουργικές μονάδες. Φυσικά, υπάρχουν και μονάδες που εκδίδουν σήματα ρολογιού και μονάδες που παρακολουθούν τη λειτουργία του τροφοδοτικού του συστήματος.
VME Functional Architecture
Κάθε μία από αυτές τις μονάδες έχει τον δικό της καταμερισμό εργασίας, αλλά για να συνεργαστούν συλλογικά, χρειάζονται την υποστήριξη λεωφορείων. Οι δίαυλοι του συστήματος VME χωρίζονται σε τέσσερις μεγάλες κατηγορίες: τον δίαυλο μεταφοράς δεδομένων, τον δίαυλο διαιτησίας μεταφοράς δεδομένων, τον δίαυλο διακοπής προτεραιότητας και τον δίαυλο- γενικής χρήσης.
Ο δίαυλος μεταφοράς δεδομένων είναι ένας-διαύλου ασύγχρονης παράλληλης μεταφοράς δεδομένων υψηλής ταχύτητας ικανός να μεταφέρει δεδομένα και σήματα διευθύνσεων. Οι κύριες συσκευές, οι βοηθητικές συσκευές, οι μονάδες διακοπής και οι μονάδες χειρισμού διακοπής ανταλλάσσουν δεδομένα δύο προς δύο μέσω αυτού. Δύο άλλες μονάδες, το χρονόμετρο διαύλου και το πρόγραμμα οδήγησης αλυσίδας JACK daisy, συμμετέχουν επίσης στην επεξεργασία δεδομένων μέσω του διαύλου μεταφοράς δεδομένων.
Ο δίαυλος διαιτησίας μεταφοράς δεδομένων έχει ρυθμιστεί ώστε να διασφαλίζει ότι μόνο μία μονάδα καταλαμβάνει το δίαυλο μεταφοράς δεδομένων σε μια δεδομένη στιγμή. Οι ενότητες αιτήματος και διαιτησίας που εργάζονται σε αυτό θα φορτώσουν συντονίζουν τις εντολές που εκδίδονται από τις ενότητες. Η μονάδα διαιτησίας βρίσκεται στην πρώτη υποδοχή του backplane και καθορίζει ποια κύρια συσκευή θα έχει προτεραιότητα στη χρήση των πόρων διαύλου. Οι συγκεκριμένες μέθοδοι προσδιορισμού περιλαμβάνουν έναν αλγόριθμο προτεραιότητας, έναν αλγόριθμο στρογγυλής-robin και άλλους αλγόριθμους αλληλουχίας. Ο δίαυλος διακοπής προτεραιότητας είναι ο δίαυλος που χειρίζεται αιτήματα διακοπής για κάθε λειτουργική μονάδα. Διάφορα αιτήματα διακοπής κατηγοριοποιούνται σε επτά επίπεδα στο VME και ανάλογα με το επίπεδο του επιπέδου λειτουργούν για να διακόπτουν τις γραμμές σήματος.
Το τελευταίο λεωφορείο είναι το λεωφορείο γενικής χρήσης. Ο λεγόμενος-διαύλου γενικού-σκοπού είναι ο δίαυλος που είναι υπεύθυνος για ορισμένες από τις βασικές εργασίες του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου του ρολογιού, της προετοιμασίας, της ανίχνευσης σφαλμάτων και άλλων εργασιών. Αποτελείται από δύο γραμμές ρολογιού, μια γραμμή επαναφοράς συστήματος, μια γραμμή αποτυχίας συστήματος, μια γραμμή αποτυχίας AC και μια γραμμή σειριακών δεδομένων.
Οι μονάδες κατανέμονται σε παράλληλη δομή και όλα τα δεδομένα και οι εντολές μεταδίδονται μέσω του υποκείμενου διαύλου Κλάσης 4 του συστήματος και η λειτουργία των σημάτων είναι σηματοδότηση επιπέδου TTL.
Οικογένεια λεωφορείων VME
● VME64
Με την ανάπτυξη των περιφερειακών τεχνολογιών, η αναβάθμιση του συστήματος VME ήταν αναπόφευκτη. Το 1995 κυκλοφόρησε το VME64, μια νέα γενιά αρχιτεκτονικής διαύλου VME. Σε σύγκριση με το παραδοσιακό σύστημα VME, το VME64 αυξάνει το εύρος ζώνης μετάδοσης, επεκτείνει το χώρο διευθύνσεων και διευκολύνει την αποσύνδεση και την αποσύνδεση της πλακέτας. Επέκτεινε το πλάτος της γραμμής δεδομένων και το εύρος διευθύνσεων στα 64 bit για πλακέτες 6U, παρείχε μονάδες διεύθυνσης 32-bit και 40 bit για πλακέτες 3U, αύξησε το εύρος ζώνης μετάδοσης στα 80 Mb/s, αύξησε τον κύκλο κλειδώματος διαύλου, πρόσθεσε τη λειτουργία ανίχνευσης πρώτης υποδοχής και πρόσθεσε υποστήριξη για hot-plug.
● Επέκταση VME64
Η επέκταση VME64 είναι ένα νέο πρότυπο που υιοθετήθηκε το 1997 και είναι επίσης γνωστό ως VME64x. Προσθέτει μια οικογένεια βυσμάτων 160 ακίδων (διατεταγμένα σε 5 σειρές), μια υποδοχή P0/J0 μεταξύ P1/J1 και P2/J2 και μια νέα ακίδα τροφοδοσίας 3,3 V. Οι δύο νέοι βρόχοι διαύλου άκρων του συστήματος αυξάνουν τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων στα 160 Mb/s. Επιπλέον, προστέθηκαν πρόσοψη EMC και λειτουργίες ESD.
● VME320
Ίσως η μεγαλύτερη βελτίωση στο VME320 είναι η χρήση μιας διασύνδεσης αστεριού για την επιτάχυνση της μεταφοράς δεδομένων. Χρησιμοποιεί ένα πρωτόκολλο που ονομάζεται 2eSST, το οποίο είναι ένα πρωτόκολλο σύγχρονης μεταφοράς πηγής που αυξάνει τον θεωρητικό ρυθμό δεδομένων στα 320 Mb/s. Ωστόσο, το VME320 δεν υποστηρίζεται ευρέως.
Υπάρχουν πολλά άλλα πρωτόκολλα που προέρχονται από το VME που δεν περιγράφονται εδώ.
Τάσεις στο VME
Το τρέχον πλεονέκτημα της τεχνολογίας VME έγκειται στην πολυετή τεχνική συσσώρευση, τις πλήρεις προδιαγραφές και την ισχυρή τεχνική υποστήριξη για την κάλυψη των ειδικών απαιτήσεων των περισσότερων πελατών. Επιπλέον, η σπονδυλωτότητά του είναι επίσης ένα πολύ μεγάλο πλεονέκτημα, επειδή για πολλά ενσωματωμένα συστήματα, η προσθήκη πρόσθετων I/O είναι κάτι συνηθισμένο και το VME μπορεί κάλλιστα να ανταποκριθεί σε αυτό το χαρακτηριστικό. Το VME παρέχει 21 υποδοχές επέκτασης και οι μονάδες που προστέθηκαν πρόσφατα δεν επηρεάζουν τη συνολική απόδοση του συστήματος.
Ωστόσο, το VME είναι μια τεχνολογία που γεννήθηκε πριν από 25 χρόνια και πολλοί χρήστες δεν είναι ικανοποιημένοι με την πρόοδο του VME όσον αφορά το εύρος ζώνης. Επειδή σε αυτήν την εποχή των μαζικών δεδομένων, το εύρος ζώνης είναι ένας συντριπτικός δείκτης. Ωστόσο, οι πωλητές δεν έχουν χάσει την πίστη τους στο VME και κάνουν ό,τι μπορούν για να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του VME. το πρότυπο VXS που εισήγαγε η SBS και το πρότυπο VPX που αναπτύχθηκε από τη VITA (η Διεθνής Ένωση Εμπορίου VME) είναι μια νέα προσπάθεια. Το vXS δημιουργεί τις συνθήκες για αναφορές σε υφάσματα μεταγωγής, ενώ το VPX αυξάνει τον ρυθμό σήματος υφάσματος μεταγωγής στα 6,25 Gb/s. Ταυτόχρονα, πολλά backplanes διαύλου VME αρχίζουν να χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο. Πολλά backplanes VMEbus άρχισαν να χρησιμοποιούν υποδοχές PMC (PCI Mezzanine Card) για να επιτρέπουν την άμεση χρήση των πλακών PCI. Οι κατασκευαστές χρησιμοποίησαν επίσης τα κατασκευαστικά στοιχεία των καρτών PCI για να διατηρούν τις πλακέτες VME ενημερωμένες με τη βιομηχανία.
Τα επιτεύγματα της VME αναγνωρίζονται καλά, αλλά οι κατασκευαστές θα πρέπει να συνεχίσουν να εργάζονται σκληρά για να την αναζωογονήσουν την επόμενη δεκαετία. Μια αθόρυβη πτώση για αυτήν την πολύ ανθεκτική τεχνολογία μάλλον δεν είναι κάτι που οι περισσότεροι άνθρωποι θα ήθελαν να δουν.