Промышленная и встраиваемая техника уникальна тем, что она, с одной стороны, развивается параллельно с общемировой ИТ-индустрией, а с другой — живёт по своим собственным законам. История встраиваемой техники знала и стандарты-старожилы, существующие более 20 лет, что для остального мира ИТ считается невероятным фактом, и множество стандартов-однодневок, которые вовсе не прижились на рынке. Габариты и параметры форм-факторов промышленных и встраиваемых устройств диктуются спецификой применения и условиями эксплуатации, которые могут настолько отличаться, что одно и то же по функциям устройство, в зависимости от его предназначения, может приобретать совершенно неузнаваемые формы.
 VMEbus |
Разобраться в этом многообразии поможет антология наиболее популярных, доживших до наших дней стандартов промышленной и встраиваемой техники, призванная облегчить выбор устройства, наиболее точно соответствующего специфике эксплуатации.
VMEbus
Стандарт VMEbus revison A впервые увидел свет ещё в 1981 году. Само название “VME” произошло от сокращения “VERSA module Eurocard”. Представители компаний-разработчиков, в число которых входили Motorola, Mostec и Signetics, впервые в индустрии встраиваемых систем создали унифицированный стандарт, позволявший различным производителям разрабатывать продукцию, которая была бы частично или полностью совместима между собой. Окончание “bus” (шина) является универсальным термином, обозначающим канал обмена данными. В первоначальном варианте стандарт VMEbus был комбинацией электрического стандарта VERSAbus и механического форм-фактора Eurocard.
Стандарт VMEbus создавался как полностью независимая от типа используемого микропроцессора шина, которая позволяла бы легко наращивать ёмкость информационных каналов до 32 бит, опиралась бы на надёжный механический стандарт и давала бы возможность независимым поставщикам создавать совместимые продукты. Поскольку VMEbus с самого начала рассматривался как открытый стандарт, это послужило хорошим стимулом для разработки третьими фирмами оборудования, совместимого с новой стандартной архитектурой.
За время своего существования спецификация VME претерпела множество модернизаций: revision B, C, IEC-821, IEEE-1014-1987 и ANSI(VITA)1-1994. Стандарты IEC, ANSI, IEEE и VITA сохраняют свою актуальность по сегодняшний день, поскольку они являются залогом технической распространённости и унифицированности архитектуры VMEbus.
В настоящее время львиная доля решений на основе архитектуры VMEbus построена на процессорах PowerPC и Pentium M. Осуществлён полный переход на внутреннюю архитектуру PCI вплоть до PCI-X 64 бит/133 МГц. Работы над модернизацией шины сегодня ведутся в нескольких направлениях, в числе которых: существенный рост системной производительности, плавный переход на блочные передачи 2eSST, увеличение пропускной способности шины до 320 МБ/с, а также адаптация коммуникативных интерфейсов на базе Ethernet, RapidIO и Infiniband поверх VME. Единый стандарт на данный момент не утверждён. В разработке находятся проекты VITA41 и VITA46.
В Украине рынок сбыта VME-решений имеет следующую структуру: более 60% — военные (особенно бортовые) системы; более 20% — сложные (бортовые и наземные) системы в управлении движением транспорта, в том числе авиационного; остальной рынок — ответственные и/или уникальные промышленные системы. VME позиционируется как стабильная технология для встраиваемых военных и специальных систем, преимущественно реального времени, в мультимашинных комплексах. В дальнейшем VME будет существовать как плавно развивающаяся и максимально не зависящая от офисных изменений технология для систем с длительным жизненным циклом. Хотя на ответственных потребительских рынках основная масса пользователей переходит на системы CompactPCI.
PC/104
 PC/104 |
Появление на рынке стандарта PC/104 предоставило разработчикам встроенных систем возможности для значительного уменьшения стоимости решений, а также снижения рисков и сокращения времени разработки, поскольку для PC-компьютеров разработано самое разнообразное прикладное ПО, а архитектура таких компьютеров хорошо известна разработчикам. Быстрая разработка ПО и использование унифицированных встраиваемых модулей позволяет быстрее выходить на рынок с новыми решениями и повысить универсальность электронных изделий, а также обеспечить возможность их быстрой модернизации. Решения в формате PC/104 обладают всеми вышеперечисленными преимуществами.
Развитие стандарта PC/104 в середине 90-х гг. привлекло внимание крупных производителей встраиваемой электроники для специальных применений. Сегодня почти все основные игроки рынка промышленной автоматизации выпускают свои решения в этом формате.
В 1996 г. компании Ampro и Motorola вывели на рынок новую модификацию PC/104, в которой использовалась шина PCI, но при этом сохранялась совместимость со старыми продуктами в IEEE-P996.1. Новая спецификация получила название PC/104+ и была одобрена почти всеми членами консорциума PC/104 в феврале 1997 г.
Сегодня архитектура PC/104(РС/104+) практически не развивается, идёт только процесс совершенствования отдельно взятых продуктов (например, использование процессоров Pentium M). Тем не менее спрос на оборудование класса PC/104 остаётся стабильным и прогнозируемым.
Потребителями процессорных плат в Украине являются производители различного оборудования на PC-совместимой основе. Основные отрасли, использующие стандарт, — приборостроение, промышленная автоматизация, системы управления различными процессами и устройствами.
PICMG х.хх
 PICMG х.хх |
Главная задача, которую ставит перед собой ассоциация, — адаптация компьютерных технологий, хорошо зарекомендовавших себя на массовом рынке настольных компьютеров, для рынка промышленных и встраиваемых систем, который предъявляет гораздо более высокие требования к надёжности, условиям эксплуатации и жизненному циклу техники.
В настоящее время консорциум PICMG насчитывает более 450 компаний-участников и стандартизирует современные технологии для применения в разработках промышленных компьютеров, интерфейсов и объединительных магистралей.
В 1994 году консорциум PICMG опубликовал спецификацию промышленного компьютера, получившую название PICMG 1.0. Спецификация базировалась на основе пассивной PCI-магистрали с использованием одноплатных компьютеров/контроллеров в стандартном механическом форм-факторе, устанавливаемых в специальное гнездо PCI&ISA. В сущности, стандартизации был подвергнут только формат одноплатного контроллера. Он описывал работу ввода-вывода как через интерфейс PCI, так и через ISA. Такой компьютер обычно имеет пассивную магистраль для установки 4–12 плат ISA и 4 плат PCI офисного формата в соответствии с PCI rev.2.0. Безусловно, можно было описать в спецификации подобный компьютер и без ISA-расширений, но нельзя было не учитывать большой распространённости уже существующих на рынке готовых ISA-решений. Такие параметры, как надёжность и долговечность этих промышленных компьютеров, действительно гораздо выше, чем у настольных ПК.
Продуктом эволюции стандарта PICMG 1.0 является спецификация PICMG 1.2, также именуемая ePCI-X. В данной спецификации устаревшая шина ISA заменена на вторую шину PCI, функционирующую независимо от первой. В настоящее время готовится к изданию спецификация PICMG 1.3 уже на базе шины PCI-Express.
В 1995 году в рамках консорциума была сформирована рабочая группа из представителей нескольких компаний-разработчиков, целью которой стало изучение возможности использования шины PCI в качестве системной широковещательной шины, пригодной для создания широкого класса надёжных промышленных, военных, коммуникационных и графических встраиваемых решений.
Перед рабочей группой ставились следующие основные задачи: использование доступных и недорогих стандартных полупроводниковых PCI-компонентов, широко распространённых на рынке, стопроцентная логическая совместимость с PCI v2.1, поддержка Plug&Play конфигурирования ввода-вывода, архитектуры шины и т.п., использование стандартного промышленного форм-фактора 3U/6U, поддержка не менее 8 слотов расширения на пассивной объединительной магистрали PCI. Среди дополнительных задач требовалось обеспечение следующих условий: эффективного конвекционного (т.е. пассивного) охлаждения, возможности использования ключевых мезонинных технологий гибкого ввода-вывода, возможность “горячей” замены модулей ввода-вывода.
При этом требовалось, чтобы стандарт, соответствующий всем перечисленным условиям, был бы с самого начала открытым и обеспечивал очень высокие характеристики цена / производительность / надёжность для конечных прикладных промышленных и коммуникационных систем по сравнению с устаревшими технологиями промышленных РС на основе шины ISA.
Данное оборудование в Украине применяют главным образом производители промышленных ПК и систем управления, основанных на использовании данного стандарта, преимущественно в таких отраслях, как энергетика, различные проектные работы.
CompactPCI
 CompactPCI |
Процесс развития стандарта продолжается по сегодняшний день, но существенных системных изменений ждать не стоит. Основная масса ПО будет ориентирована на использование под ОС Windows и Linux и небольшая часть — на высокоразвитые операционные системы реального времени класса LynxOS, QNX, Infinity. Стандарт CompactPCI будет актуален для построения высоконадёжных систем промышленного и оборонного назначения на протяжении как минимум ближайших 7–10 лет.
Оборудование этого стандарта получило применение в наиболее ответственных системах, разрабатываемых, как правило, под расширенный температурный диапазон и применяющихся в военных приложениях — наземные и передвижные радиолокационные и тактические системы, системы для электростанций всех типов, высоконадёжные применения в других отраслях промышленности.
Advanced TCA
 Advanced TCA |
В качестве основополагающих требований, которым должен отвечать новый стандарт АТСА, можно назвать следующие: пропускная способность до 2,5 Тбит/с на шасси, возможность выбора между резервированием всех основных подсистем и отсутствием резервирования, модульный принцип построения систем и большая свобода действий по их конфигурированию, длительный срок службы компонентов, наличие спецификаций для основных коммуникационных технологий: Ethernet, Gigabit Ethernet, PCI Express и др.
Результатом разработок стал новый стандарт, обладающий явными преимуществами над всеми своими предшественниками (CompactPCI и др.). В АТСА удовлетворяются жёсткие требования NEBS, в нём продуманы наиболее ответственные моменты, влияющие на достижение высокой степени готовности оборудования. Позволяя размещать на платах больше компонентов, новый стандарт допускает объединение технологий и модулей разных типов на базе единой унифицированной аппаратной платформы с возможностью её использования для решения самых различных прикладных задач. Также в стандарте АТСА предусмотрена поддержка тыльных модулей, благодаря которым можно подключать интерфейсные кабели со стороны задней панели и реализовывать дополнительные функциональные возможности в тех же системных слотах.
Стандарт АТСА распространён в стационарных системах с самой высокой производительностью для телекоммуникационных приложений — это, например, различные телекоммуникационные серверы для мобильной и телефонной связи, стационарные радарные системы и системы обработки особо больших баз данных. АТСА-системы имеют большой размер, энергопотребление и минимальные показатели по удароустойчивости. Используются только в стационарных приложениях.
С Александром Переваловым,главой украинского офиса компании Kontron, можно связаться по адресу: alexander.perevalov@kontron.kiev.ua
