板卡接口的過去與現(xiàn)在，工業(yè)總線規(guī)格總匯
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VME、VXS、VPX、VXI——從最初的標(biāo)準(zhǔn)出臺歷經(jīng)20多年時(shí)光
過去，作為板卡間的連接總線被廣泛采用的代表當(dāng)屬VME。VME是“Versa Module European”的縮寫。其基礎(chǔ)是美國摩托羅拉半導(dǎo)體公司（現(xiàn)在的飛思卡爾半導(dǎo)體公司）的“MC68000”處理器使用的Versa。VME在1986年被IEC標(biāo)準(zhǔn)化成“IEC821”，1987年又被IEEE制定成“IEEE1014-87”標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)容可通過這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體獲得。另外也可以通過VME的普及團(tuán)體“VITA（VME International Trade Associations）”購買*1。
圖1VME基本構(gòu)造
VME由控制總線整體的總線仲裁器、實(shí)施發(fā)送數(shù)據(jù)的主方和接受數(shù)據(jù)的從方組成
VME有以下特點(diǎn)：
（1）數(shù)據(jù)傳送采用非同步方式。因此，即使是訪問速度不同的主/從設(shè)備混雜在一起，也可以進(jìn)行通信。
（2）主方設(shè)備最多可以容許20個(gè)。多個(gè)主方設(shè)備同時(shí)發(fā)出傳送請求時(shí)，用于進(jìn)程調(diào)度的PRI（優(yōu)先權(quán)）、RRS（循環(huán)選擇）、SGL（單級）3種調(diào)整機(jī)構(gòu)開始輔助工作。
（3）提供有7種中斷請求級別（IRQ1～I(xiàn)RQ7）
可見，與PCI相比，可連接的設(shè)備要多得多。
而且，VME從最初的標(biāo)準(zhǔn)化以來，已經(jīng)歷經(jīng)了20多年的時(shí)光，其間追加了許多功能。當(dāng)初的VME設(shè)想的只是地址/數(shù)據(jù)合計(jì)最大32bit的規(guī)格（VME32），1994年擴(kuò)展至64bit的規(guī)格（VME64）誕生。另外，還推出了追加支持SKYchannel/SCSA/M-Module/BusNet/CCPMC/Myrinet等對應(yīng)系統(tǒng)化的擴(kuò)展規(guī)格，以及支持Gbit Ethernet/PCI/PCIX/Infiniband/PCI Express/RapidIO等其它總線規(guī)格的擴(kuò)展規(guī)格?？梢哉f，已經(jīng)逐步發(fā)展成為“什么都支持”的規(guī)格了。
之所以VME具有上述各種支持功能，原因就是VME與其說是單純總線，倒不如說是具有在機(jī)箱中嵌入多個(gè)板卡、構(gòu)成系統(tǒng)的系統(tǒng)底座（System Enclosure）特點(diǎn)。VME中使用的板卡原為單高度（VME A:100mm×160mm）和雙高度（VME B:233.35mm ×160mm）2種尺寸。其根源是因?yàn)檠赜昧薊urocard的3U/6U規(guī)格。連接器的形狀也采用了類似Eurocard的規(guī)定，端子數(shù)量富有余量，同時(shí)由于板卡尺寸也比較大，所以容易導(dǎo)入新技術(shù)。為此，可以說VME具備了系統(tǒng)底座的特點(diǎn)。
而且，由于支持VME的底架（chassis）廣泛普及，已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)也不容忽視。雖然面向個(gè)人電腦等家庭用途來說底架的尺寸稍大一些，但面向工廠和現(xiàn)場等的控制/測量設(shè)備或者實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)室等設(shè)備來說則底架尺寸適中。實(shí)際上，由于可以插接20枚VME板卡的底架可以原封不動(dòng)地裝入19英寸的機(jī)箱，使用起來非常方便。結(jié)果就出現(xiàn)了即便到現(xiàn)在仍有遵循VME總線的新產(chǎn)品不斷被推出的現(xiàn)象。（未完待續(xù)，特約撰稿人大原 雄介）
*1 VITA的網(wǎng)站為http://www.vita.com/index.php
曾經(jīng)的絕對主角，速度上相形見絀
雖說VME使用方便，但現(xiàn)在看來VME的性能也只是差強(qiáng)人意。盡管非同步傳送在構(gòu)造上確實(shí)很靈活，但要想提高性能卻非常麻煩。雖然VME32的速度可以達(dá)到約40MB/秒，VME64為約80MB/秒，這一數(shù)值過去也許還能湊合，但現(xiàn)在卻已經(jīng)無法讓人滿意。各開發(fā)商很早也都注意到了這一問題，并采取了各種各樣的改進(jìn)措施。比如，后來就推出了VME320和VXS等高速規(guī)格。
上世紀(jì)九十年代前半期，被稱為FutureBus+的VME后續(xù)規(guī)格被人們寄予厚望。該規(guī)格最早是被稱作MultiBus/S-100Bus，在某種意義上類似VME的背板規(guī)格，其后續(xù)規(guī)格就是FutureBus。FutureBus后來被標(biāo)準(zhǔn)化為“IEEE896.1-1987”。FutureBus+就是在FutureBus的基礎(chǔ)上由VITA等多家組織共同開發(fā)出來的。FutureBus+作為“IEEE896.2-1991”其基本部分首先實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，之后又增加了幾項(xiàng)追加指標(biāo)。VITA就是以FutureBus+為基礎(chǔ)制訂了VFEA（VME bus FutureBus+ Extended Architecture）標(biāo)準(zhǔn)，但由于關(guān)鍵的FutureBus+應(yīng)用因?yàn)槎喾N原因陷于困境，VFEA也未能普及開來。
為此，VITA決定獨(dú)自推廣VME。首先在1997年，VITA演示了名為VME320的規(guī)格。它是以VME32為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了320MB/秒速度的規(guī)格。以此為契機(jī)，名為VME 2eSST（雙倍源同步傳輸，two-edge, source sunchronous data transfer)的規(guī)格正式出臺。這種規(guī)格將數(shù)據(jù)傳送改為同步傳輸，利用選通信號（Strobe Signal）的兩個(gè)邊沿來傳送（即DDR），成功地大幅提高了傳輸速度。
以VME為基礎(chǔ)、利用高速骨干網(wǎng)
與上述方法不同，在保持VME基本系統(tǒng)不變的同時(shí)提高性能的方法也被開發(fā)出來。其中最有名的就是被稱作VXS（VMEbus交換式串行，VME-bus Switched Serial）規(guī)格。VXS定義了連接現(xiàn)有VME模塊和各種交換結(jié)構(gòu)（Switch Fabric）的橋接模塊，使用這一模塊與外部高速交換連接（圖2）。在與原有的VME對應(yīng)總線模塊（Legacy）通信的同時(shí)，根據(jù)需要還可以與外部機(jī)構(gòu)（Fabric）進(jìn)行通信。這樣就可以在維持VME的基礎(chǔ)上同時(shí)利用高速骨干網(wǎng)。
圖2VXS的基本構(gòu)造
既能和遵循VME的模塊通信，又可以根據(jù)需要和外部機(jī)構(gòu)（Fabric）通信。由此雖然以VME為基礎(chǔ)但卻能夠用于高速骨干網(wǎng)
另外，ANSI則提出了采用全新接頭形狀，能夠進(jìn)行更高速度數(shù)據(jù)傳送的新規(guī)格VPX方案。最初只有VME32/64，但一開始就考慮了與Serial RapidIO、PCI Express和以太網(wǎng)的連接。進(jìn)一步強(qiáng)化性能后名為VPX REDI（The Ruggedized Enhanced Design Implementation）的擴(kuò)展規(guī)格也在討論之中。VPX/VPX REDI的目標(biāo)是應(yīng)用于航空電子設(shè)備等需要高可靠性和需要高強(qiáng)度機(jī)械/電氣性能的用途，可以說是面向特定領(lǐng)域的特殊擴(kuò)展。
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