CPCI与ATCA技术概述

1、CPCICPCI 技术简介 CPCI技术简介l概述概述 l特特点点 lPCIPCI总线简介总线简介 l应用应用 lCPCICPCI架构应用实例架构应用实例 什么是什么是CPCICPCIlCompact PCI（Compact Peripheral Component Interconnect）简称CPCI，中文又称紧凑型PCI，是国际工业计算机制造者联合会（PCI Industrial Computer Manufacturers Group，简称PICMG）于1994提出来的一种总线接口标准。是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。 CPCICPCI的特点的特点l继续采用PCI局部总线技

2、术； l抛弃PCI传统机械结构，改用欧洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求；l抛弃PCI的金手指式互连方式，改用针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力。 CPCI技术规范lCPCI 规范改进自 PCI 电气规范 2.1，应用于工业和嵌入式领域。它使用工业机械组装标准，具有高性能连接技术， 可以提供一套最优化系统以便于不同应用。 CPCI 在电气方面可以兼容PCI规范，允许低成本PCI 组件 三.PCI总线简介 PCI总线lPCI（Peripheral Component Interconnect）外围组件接口技术既可以作为中间层的总线

3、也可以作为周边总线系统使用。与其他普通总线规范想对照，PCI 总线为高速I/O设备提供了更好的支持（比如图形适配器、网络接口控制器、磁盘控制器，等等）。 PCI总线l现行的标准允许在33Mhz下使用64根数据线，纯传输速率可达2.11Gbps。但是PCI吸引人的地方不在于它的高速度，它适应了现代I/O设备对系统的要求，并且只需要很少的芯片就可以实现并支持其他总线系统。 PCI总线lPCI被设计为支持各种处理器环境，所以它提供了很多通用的功能，这些功能是构筑在同步时序和中央仲裁机制基础上的。 lPCI局部总线是为了在高集成化外围控制设备，系统/存储器等之间提供一种交互的机制。 典型的PCI局部总

4、线系统的结构 PCI总线定义总线定义lPCI能够作为32或64位总线使用。它们可以按照功能不同化为以下几组：l1系统引脚：包括时钟和重启引脚。l2地址和数据引脚：包括32条传输地址和数据的引线，其余的引线是为了配合它而使用的。l3接口控制引脚：用来保持master和target之间通信的一致性。 PCI总线l4仲裁引脚：和其他的PCI信号线不同，这些不是共享的数据线。每一个PCI master都 有 它 自 己 的 仲 裁 信 号 线 来 直 接 和ARBITOR相连接。l5错误监测引脚：用于奇偶校验和其他错误的报告。l除此而外，PCI还提供了另外50条可选的信号线来支持中断、缓存、及64位扩

5、展等功能。 PCI总线定义总线定义CPCI的应用的应用 lCPCI所具有高开放性、高可靠性、可热插拔（Hot Swap），使该技术除了可以广泛应用在通讯、网络、计算机电话整和（Computer Telephony），也适合实时系统控制（Real Time Machine Control）、产业自动化、实时数据采集（Real-Time Data Acquisition）、军事系统等需要高速运算、智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。由于CPCI拥有较高的带宽，它也适用于一些高速数据通信的应用，包括服务器、路由器、交换机等。基于CPCI架构的电信综合业务交换平

6、台应用l综合业务交换平台概述l业务交换平台是面向电话交换、电话会议、电话调度、IVR（自动语音导航）应用、数字录音、呼叫中心（排队机）、回声消除、IP网关等业务应用的电信级业务交换平台。l该平台是将专业厂家（如Dialogic,NMS,东进，三汇，杭州小灵通，迈可行等）的通信板和支撑软件结合在电信级结构的cPCI平台上。基于cPCI平台的综合业务交换平台具有丰富的接口板及各类资源板，具有大容量的分布式交换网络，具有高处理能力及高可靠性的CPU板，具有丰富的数据I/O设备，具有冗余电源及大容量存储设备。l该平台系统容量大，平滑扩容能力强；接口和信令丰富，组网能力强；资源丰富，业务承载能力强；技术

7、工艺先进，系统稳定可靠；API接口易用，二次开发容易，是构筑各种CTI应用的理想平台。业务交换平台实现了交换、网络、接入等技术和功能的高度整合。综合业务交换平台网络拓扑结构l 基于CPCI架构的电信综合业务交换平台应用l综合业务交换机为用户提供集电话交换、电话会议、电话调度、语音信箱、呼叫中心为一体的综合业务交换机; l基于cPCI 架构的综合业务交换机l用cPCI计算单板实现系统控制，用语音板卡实现中继接入，信令处理，IVR，资源分配等功能。ATCA 概述Advanced Telecommunications Computing Architecture关于ATCA 什么是ATCA ATCA

8、与传统电信平台比较 ATCA规范标准 ATCA平台构成 ATCA性能与优势 ATCA的应用什么是ATCA？什么是ATCA ATCA是开放式、标准化的硬件标准 ATCA是PICMG制定的 ATCA是电信级硬件平台的开放式标准架构ATCA的一些图片 ATCA与传统电信平台的比较 COTS=Commercial-Off-The-Shelf，商用现成品或技术，是指可以采购到的具有开放式标准化接口的产品 TEM=Telcom Equipment Manufacturer，电信设备制造商 ATCA与传统电信平台的比较 传统电信平台 建立在各家厂商封闭、专有的系统之上 软硬件模块互不兼容 ATCA与传统电信

9、平台的比较 ATCA与传统电信平台的比较 ATCA架构 开放式、标准化、模块化的硬件平台架构 不同厂商的产品可以相互兼容 ATCA与传统电信平台的比较 ATCA与传统电信平台的比较 电信设备制造商（TEM）在构建业务系统时可以有众多的选择 众多的第三方厂商提供的成熟商业化（COTS）的软硬件构建模块 采用这些标准软硬件模块，TEM可以快速开发新的业务平台，加快新产品上市时间，显著降低采购和系统开发成本ATCA规范标准 PICMG 1.x PCI/ISA无源背板规范 PCI=Peripheral Component Interconnect，外设组件互连标准 ISA=Industrial Sta

10、ndard Architecture，工业标准结构总线 PICMG 2.x CompactPCI规范（cPCI）ATCA规范标准 PICMG 3.X ATCA规范 ATCA在PICMG规范中的标准描述是： ATCA是为下一代融合通信及数据网络应用提供一个高性价比的、基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件架构，同时以模块结构的形式呈现以支持符合现代传输需求的科技或应用ATCA平台构成 ATCA平台的构成： 机框 刀片式板卡 背板 电源分配系统 散热系统 机框管理系统ATCA平台构成 刀片式板卡可以简单按位置分为前插单板和后插单板 前插单板就是通常说的ATCA单板，可以分为业务单板和交换单板 后

11、插单板就是后端转换模块（RTM），为前插单板提供接口扩展ATCA平台构成Front Board280 x 322mm9,0dmBackplaneRTM70 x 322mm2,2dmRTM (Rear Transition Module)Front BoardATCA平台构成背板背板ATCA平台构成 背板拓扑结构 ATCA架构的背板拓扑结构主要有： 双星（Dual Star） 双双星（DualDual Star） 全网状互连（Full Mesh）ATCA平台构成ATCA平台构成 双星结构在ATCA机框内有两块交换单板，每块交换单板与机框内其他的每一块单板都有一条独立通道互连 双双星结构在机框内有

12、四块交换单板，每块交换单板与机框内其他的每一块单板都有一条独立通道互连。ATCA平台构成 全网状互连结构 机框内的每块单板与其他的每一块单板都有一条独立的通道互连。 全网状互连结构不需要中心交换结构，每块单板都可以做数据转发和数据处理。 全网状互连结构具有很大的灵活性，比较适合机框槽位较少的系统。ATCA平台构成 交换接口（Fabric Interface） Fabric Interface是ATCA架构的业务平面的数据通道，为ATCA单板提供高速数据传输 Fabric Interface提供以太网通道以供机框内单板互连 Fabric Interface的每个通道（Channel）由8对差分线

13、（4对接收、4对发送）构成，每两对差分线（1对接收，1对发送）构成一个端口（Port）ATCA平台构成 更新通路（Update Channel） 更新通路可以理解为相临两块单板之间的专属内部链接通路，提供状态信息共享 例如在热备份系统中提供互锁信号，如备份板在规定时间内收不到主系统有效信号，备份板将接管系统 同步时钟接口（Synchronization Clock Interface） 同步时钟接口采用冗余总线连接方式，提供6对/3种时钟信号ATCA平台构成 机框管理系统ShMC=Shelf Management Controller，机框管理控制器IPMI=Intelligent Platf

14、orm Management Interface，智能平台管理接口IPMC=IPM Controller，智能平台管理控制器IPMB=IPM Bus，智能平台管理总线FRU=Field Replaceable Units，现场置换单元IC=Inter-Integrated Circuit 总线ATCA平台构成 IPMI：Intel、DELL、HP及NEC等公司共同提出的开放标准的硬件管理接口规格，定义了嵌入式管理子系统进行通信的特定标准 IC 总线：由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备ATCA平台构成 ATCA机框管理系统由两个独立互为热备份的ShMC和位于各

15、个业务板卡上的IPMC组成 ShMC是系统管理模块，完成机框设备管理、传感器/事件管理、风扇框/电源框管理、用户管理、IPMI协议处理、远程维护等功能ATCA平台构成 IPMC位于ATCA架构的单板和其他机框组件上，完成其上各种关键硬件资源的监视、控制及管理，如热插拔处理、电源管理、风扇管理等ATCA平台构成 IPMB总线是整个ATCA系统的系统管理总线，由两条IC总线组成，通过背板连接器连接ShMC与各单板、配电框、风扇框的IPMC，完成监控命令的下发和告警信息的上报。IPMB总线提供双总线或双星型配置，以冗余架构保证系统可靠性ATCA平台构成 电源分配系统 ATCA电源主要是为了满足电信级

16、应用对大功率的需求 单板最大功率可达200W300W 供电方式：-48V电源直接引入单板 在电源供给上采用双冗余电源以防止电源供给异常引发单点故障ATCA的先进性能高性能网络通信设备的要求：高性能网络通信设备的要求： 足够强的数据处理能力足够强的数据处理能力标准而可靠的系统连接方式标准而可靠的系统连接方式 易于维护的系统结构易于维护的系统结构 良好的开放性和可扩展性良好的开放性和可扩展性 抗恶劣环境抗恶劣环境 容错性强容错性强 足够高的数据传输速度足够高的数据传输速度 足够多的外部连接接口足够多的外部连接接口 安全而高效的系统管理机制安全而高效的系统管理机制ATCA的先进性能背板高速传输，总带

17、宽可达背板高速传输，总带宽可达2.5Tbps；全冗余架构（板卡、背板、管理及电源），提供高可靠性；全冗余架构（板卡、背板、管理及电源），提供高可靠性；点对点交换结构，支持双星型、全网状等多种网络拓扑；点对点交换结构，支持双星型、全网状等多种网络拓扑；支持热插拔，确保系统运行不中断，易于升级维护；支持热插拔，确保系统运行不中断，易于升级维护；高可用性，系统设计支持高可用性，系统设计支持99.999%可用性；可用性；每单板每单板200W的散热功率，支持高性能的散热功率，支持高性能CPU、网络处理器；、网络处理器；大尺寸刀片式板卡，支持高性能硬件模块和高大尺寸刀片式板卡，支持高性能硬件模块和高I/O

18、密度；密度；系统规模灵活，可扩展，可以满足多种网元的需求；系统规模灵活，可扩展，可以满足多种网元的需求；AMC高级夹层卡，支持出色的刀片级模块化和可扩展性；高级夹层卡，支持出色的刀片级模块化和可扩展性；后端转换模块（后端转换模块（RTM）支持后部）支持后部I/O扩展；扩展；支持智能平台管理接口（支持智能平台管理接口（IPMI），可提供远程系统管理能力），可提供远程系统管理能力ATCA的优势 ATCA的最大优势是：标准化、模块化 缩短开发时间，快速部署新应用业务 降低开发成本（开发系统不再需要专用硬件，有多厂商选择） 产品开发周期更可预测，产品上市时间加快 支持客户自由选择最佳的COTS构建模块

19、，产品设计具有高度灵活性ATCA的优势 融合通信的目标 构建一个能够支撑各种电信业务的开放式通信平台，在这个平台之上可以整合计算机技术、通信技术、业务服务等各种差异化应用 ATCA是业界公认的满足这种需求的先进的、开放式的电信级平台 面向电信级应用，电信设备厂商在ATCA平台基础上进行二次开发，可以快速创建多种专用业务系统 CompactPCI到CompactPCI Express的发展 CPCI 采用33MHz/32bit66MHz/64bit 的并行总线结构，信号传输速度高达528Mbyte/s。 从Hot Swap到Multi-computing 从PMC到CompactPCI Brid

20、ging 从Power Interface到System Management H.110 CTbus到包交换背板支持Gigabit Ethernet以及StarFabric Bus Based with master slotManagement loosely definedPICMG 2.0 + 2.16 Ethernet+ 2.9 ManagementPICMG 3.0 CorePICMG 3.1 GbEPICMG 3.2 IBABus Based with master slotNode based with switch slotIntel Central Management M

21、oduleNode based with switch slotMesh or dual star topologiesCentralized Management2*- - -1999-20011995Power compatibility with top performing processors from different processor families*4 前板尺寸8U x 280 mm4 后板尺寸8U x 70 mm, 直接连接前板4 Board width 6HP 4 PCB offset 0.1” for all boards4 Gasket moved to left

22、 side of the front panelrear SMD components and pins wont damage gaskets anymore4 PCB thickness: 1.6mm 2.4mm allowed4 Front board attached from left side to front panel (Comp. side 2)ATCA 的结构的结构CPCI Board(for comparison,3.6dm)ATCA Front Board ConnectorsZone 3 connector (custom specific I/O)Zone 2 co

23、nnector (high speed serial)Front BoardZone 1 connector (power, shelf management)Front Board280 x 322mm9,0dmAlignment / keyingCPCI Board(for comparison,3,6dm)Alignment / keyingFront Board280 x 322mm9,0dmBackplaneRTM70 x 322mm2,2dmRTM (Rear Transition Module)Front BoardMates directly into the front bo

24、ard (RTM: Rear Transition Module)Current practice:up to 30 Watts for line interfacesCooling RTM is supportedby Schroff ChassisOriginally purely passive per spec, max 5 WattsRTMATCA Front & Rear BoardCustom specific connectorsAdvancedTCA Board ConfigurationsHub BoardSupplies switching connective

25、Boards in the shelfInstalled in designated Hub slotsNode BoardSingle, Dual, Many Star connections possible Installed into any Node slotRear I/O(Zone 3)Mesh Enabled BoardDirect connection to all Boards in the shelf Installed into any slotATCA BackplaneTwo variants for air flow (1/2)Push cooling (BFS

26、= Bottom Fan Shelf)Two variants for air flow (2/2)Pull cooling (TFS = Top Fan Shelf)13U, 16 slot chassis13U, 14 slot chassisLink between switches facilitates coordination, fail-overRedundant Switches increase system availability, eliminates single point of failureNodes support redundant links, one t

27、o each switchNumber of routed channelsTwo dedicated system slots for switching resourcesFabric Topologies Dual StarChannels in ATCA BackplaneUpdate Channels(10 diff. pairs each)Sync Clocks(3 x2 diff. 6pair total)Fabric InterfaceHigh-speed Star(8 diff. pairs each, 120 pairs)Base Interface Ethernet Star(4 diff. pairs each, 64 pairs)IPMB Star(2 traces each)-48VDC Power(2 feeds of 48V, RTN)8 Ring/Test LinesCM