基于ATCA的高性能測試系統(tǒng)架構研究

　　二、基于ATCA的測試系統(tǒng)架構

　　ATCA標準包括核心核心規(guī)范和輔助規(guī)范，ATCA核心規(guī)范即PICMG 3.0，核心規(guī)范中定義了機械結構、電源分配、散熱管理和系統(tǒng)管理。各自的電氣連結和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐負浣Y構因基于特定傳輸?shù)男枨蠖槐M相同。ATCA的所有傳輸模式都是構架在高可靠度的系統(tǒng)之上，故不會因為單點故障而導致傳輸?shù)陌c瘓。多傳輸模式的選擇使得控制和數(shù)據(jù)傳輸分離, 而每種傳輸類型又可被區(qū)分為單個獨立的傳輸。

　　輔助規(guī)范PICMG 3.1- PICMG 3.5定義了點對點之間連接的協(xié)議，其中PICMG 3.1是千兆以太網(wǎng)和光纖傳輸，PICMG 3.2是InfiniBand傳輸，PICMG 3.3是StaRFabric傳輸，PICMG 3.4是PCI-E傳輸，PIC3.5是RapidIO傳輸。輔助規(guī)范中除了PICMG 3.1包括ISO定義的7層協(xié)議，其它可視為3層體系結構，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和事務層。物理層采用低電壓差分信號LVDS，為了平衡直流分量和減少 EMI，物理層采用8b/10b編碼，因為輔助規(guī)范的物理層相同，因此同一個ATCA機箱中可插入支持不同輔助規(guī)范的功能刀片。

　　傳統(tǒng)的VXI、PXI測試總線基于共享總線結構，而ATCA基于高級交換框架結構，技術上的革新導致了數(shù)據(jù)吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性都有不同等級的提升。傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)通常由控制計算機（控制器）、零槽控制器和多個模塊化儀器組成。 ATCA系統(tǒng)基于交換架構，控制器和模塊化儀器之間通過交換刀片交互數(shù)據(jù)，另外，模塊化儀器之間也可以通過交換刀片交互數(shù)據(jù)，從組件在測試系統(tǒng)中充當?shù)慕巧珌砜?，ATCA中交換刀片的作用類似于傳統(tǒng)測試系統(tǒng)中的零槽控制器。

　　交換架構除了雙星型外，還可采用全網(wǎng)狀互連。全網(wǎng)狀互連增加了數(shù)據(jù)交換的帶寬，但增加了測試系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度和成本，另外測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換吞吐量需求要低于電信應用，因此雙星型互連的拓撲結構非常適合測試系統(tǒng)應用。

　　上圖給出了一個典型的基于ATCA架構的測試系統(tǒng)，刀片互連拓撲結構為雙星型，系統(tǒng)中包括2個交換刀片、1個處理器刀片、4個數(shù)字化儀刀片和2個高速存儲刀片。處理器刀片通常由多個Intel處理器組成，以增加多任務處理性能，平臺軟件運行于處理器刀片上。交換刀片是ATCA的核心所在，應承載ATCA的一個輔助規(guī)范，交換刀片能夠提供不同的質量服務等級Qos，以滿足實時業(yè)務（如圖像、語音業(yè)務）的數(shù)據(jù)交換需求。

　　綜上，ATCA體現(xiàn)了開放式、標準化、模塊化、可擴展、可重構的設計理念，ATCA的靈活性、穩(wěn)定性、互操作性、可管理性以及計算性能都有不同等級的得到提升。它的采用使自動測試系統(tǒng)技術進入一個嶄新階段，完全解決了高速測試領域和相關軍事應用領域的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問題，因此開展此項技術研究能夠進一步推動國防工業(yè)試驗與測試技術發(fā)展，能解決未來型號對試驗與測試技術的高速傳輸要求及電子戰(zhàn)技術所需I/O技術，從根本上解決航天器和武器裝備測試系統(tǒng)控制、通信、數(shù)據(jù)傳輸、存貯、處理等應用需求。