VME-Boards 2eSST VME mit Embedded-CPUs von Intel

Gemäß VITA und den Analysten bei VDC wird das Geschäftsvolumen aus VME-Boards im Jahr 2007 auf 436 Mio. US-$ geschätzt. Experten und Marktforscher geben bezüglich des Wachstums unterschiedliche Prognosen ab, von „gering“ bis 8%. Man erwartet jedoch Wachstumsraten von 10% pro Jahr für serielle VME-Produkte, bei parallelen VME-Produkten sei ein Rückgang zu verzeichnen.

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Dieser Trend ist nicht überraschend, weil Prozessor- und Chipsatzhersteller systematisch von parallelen Produkten auf ihre seriellen Artverwandten umstellen, oder schon umgestellt haben. Durch die Vielzahl von Publikationen über VPX- und VXS-Rechner führender Unternehmen wird dies besonders deutlich. Auch neu gegründete Firmen spezialisieren sich auf solche Produkte. Man sollte jedoch nicht vergessen, dass der Großteil verkaufter VME-Boards von VME64-Buskarten abhängt.

Die Produktion vieler VME64-basierender Systeme ist schon eine Weile her, und sie erfüllen ihre Aufgaben betriebssicher bis heute, müssen aber aus verschiedenen Gründen trotzdem erneuert werden. Hierzu gehören u.a. der Auslauf der CPU, allmähliche Systemerweiterung mit Bedarf an zusätzlichen Peripheriekarten, einhergehendem Bandbreitenbedarf, zusätzlicher Funktionalität, Inkompatibilität mit erneuerten Systemkommunikationskomponenten etc.

Neuentwicklung nicht immer gerechtfertigt

Ein komplett neues System zu entwickeln, basierend auf VPX oder VXS ist nicht immer technisch und ökonomisch gerechtfertigt. Was macht ein Entwickler unter diesen Umständen? Die Antwort scheint offensichtlich: Er sollte ein Board wählen, basierend auf einer modernen CPU des Langzeitverfügbarkeitsprogramms, mit hinreichenden Kommunikationsmöglichkeiten, um das auslaufende Produkt zu ersetzen. Es gibt viele solcher Boards auf dem Markt, sowohl mit Pentium-M- als auch mit PowerPC-Prozessoren, aber fast alle haben einen 64-Bit-VME-Bus (VME64x), dessen geringe Bandbreite den Flaschenhals des gesamten Systems darstellt.

Auf der Bus & Boards-Konferenz 2002 prognostizierte Motorola (MCG) dem Markt für Parallel-VME-Bus eine Renaissance, resultierend aus der Ausbreitung einer neuen Technologie mit einem Datendurchsatz von 320 MByte/s. Diese Technologie wurde von VITA seit 1997 entwickelt und lautet „Double-Edged Source Synchronous Transfer“ (2eSST). Gemeinsam mit einer hohen Übertragungskapazität ist diese Technik rückwärtskompatibel zu VME64- und VME64x-Protokollen, wodurch die Möglichkeit eines Systemupgrades ohne signifikantes Redesign gegeben ist.

Festlegung auf eine einzige CPU senkt die Popularität

Motorolas Optimismus gründete sich auf den Abschluss der Entwicklung einer einzelnen Chip-Bridge PCI-X-zu-VME 2eSST, wodurch die VME-Board-Entwicklung vereinfacht werden sollte. Unglücklicherweise fand diese Technologie keine sehr breite Anerkennung, insbesondere nachdem Motorola diesen Chip an Tundra Semiconductors abtrat, wo man ihn Tsi148 nannte (Bild 1). Dafür gab es verschiedene Gründe: Vielleicht war einer davon der, dass die Boards mit 2eSST-Bus nur auf PowerPC-Prozessoren basierten. Diese Limitierung der verfügbaren Board-Architekturen mit einhergehender Limitierung der Softwarekomponenten wirkt sich negativ auf die Popularität dieses Produktes aus.

PowerPC- und x86-kompatible Prozessoren arbeiten in unterschiedlichen Datenverarbeitungssequenzen beziehungsweise im Big-Endian- (Motorola) oder Little-Endian-Modus (Intel). Tsi148 wurde ursprünglich für PowerPC-Systeme entwickelt. Wahrscheinlich war der Aufwand, der erforderlich gewesen wäre, um den Tsi48 Intel-kompatibel zu machen, einer der Gründe für die geringe Popularität des 2eSST-Protokolls in der Gemeinschaft der Hersteller Intel-basierender Embedded-Computer.

Pentium M mit 2eSST-Support und mehr

Mit dem Aufkommen der Boards, die moderne Intel-CPUs zusammen mit 2eSST unterstützen, wurde diese Tendenz jedoch gebrochen. Ein Beispiel ist das CPC600 von Fastwel, dessen Architektur auf Intels Pentium M aus dem Langzeitverfügbarkeitsprogramm basiert, kombiniert mit 2eSST-Protokollsupport über den VME-Bus, Embedded-Grafik-Controller und der Konformität zum VITA 31.1-Standard, der zwei Gigabit-Ethernet-Kanäle auf der Rückseite festlegt. Die hohe I/O-Bandbreite erlaubt es, das CPC600 (Aufmacherbild) in leistungsstarken Computersystemen mit zahlreichen Peripheriekarten einzusetzen oder auch abgekündigte Prozessorboards in älteren Sytemen zu ersetzen, um die Zuverläs-sigkeit und die VME-Bus-Datenrate zu erhöhen.

Intels Langzeitverfügbarkeitsserie beinhaltet Prozessoren vom ULV Celeron M (1 GHz) mit einer Verlustleistung von 5,5 W, die in passiv gekühlten Systemen eingesetzt werden können, bis hin zum Pentium M (1,8 GHz), der in weiten Temperaturbereichen arbeiten kann, wie in ventilatorgekühlten VME-Einschüben. Das CPC600 unterstützt DDR SDRAM mit Error-Correction-Code. Diese Funktion korrigiert 1-Bit-Fehler in 64-Bit-Speicherblöcken. Dadurch erhöht sich die Systemverfügbarkeit in Umgebungen mit instabiler Spannungsversorgung, statischen Entladungen, hohen RFI-Pegeln und Einstrahlstörungen. Die maximale Speicherkapazität beträgt 2 GByte.

Als Kommunikationsmöglichkeiten stehen vier unabhängige Gigabit-Ethernet-Kanäle zur Verfügung, zwei davon sind am Frontpanel, die anderen beiden werden über den P0-Stecker (VITA31.1) auf der Backplane herausgeführt. Dadurch kann man die CPC600 in Cluster-Systemen einsetzen, in denen Packet Switching über die Rückseite ausgeführt wird. Die Gigabit-Ethernet-Controller sind an den PCI-X-Bus angeschlossen, sodass Datenübertragungsraten bis zu 950 MByte/s erreicht werden. Entwickler können damit aus drei verschiedenen Hochgeschwindigkeitskanälen auswählen: 2 × Gigabit Ethernet und 1 × VME-Parallelbus mit größter Bandbreite.

Verschiedene Festplatten- und Speicheroptionen

Auf dem CPC600 existieren für die Videosignalausgänge zwei unabhängige Grafikcontroller, VGA und LVDS. Die VGA-Schnittstelle ist über einen Stecker auf der Frontseite zugänglich. Es werden Auflösungen bis 2048 × 1536 Pixel bei 75 Hz unterstützt. Die LVDS-Signale verlaufen über den P0-Stecker der Backplane und sind auf dem I/O-Board der Rückseite verfügbar. Außer dem Compact-Flash-Sockel und der gelöteten 32 MByte Flash-Disk kann der Anwender zwei IDE 1,8"- oder 2,5"-HDD-Festplatten installieren, entweder gemeinsam oder separat innerhalb von 4HP-Einschüben.

Die Version CPC600-01 bietet einen Einbauplatz für eine 1,8"-HDD oder einen 64-Bit-PMC. Die Version CPC600-02 kann zusätzlich eine 2,5"-HDD aufnehmen – auf Kosten der Kühlkörpergröße. In dieser Konfiguration, erfordert die reduzierte Kühlkörpergröße eine effizientere Wärmeabfuhr von CPU und GMCH. Außerdem stehen zwei SATA-Schnittstellen und eine EIDE-Schnittstelle, zugänglich über das I/O-Board auf der Rückseite, zur Verfügung. Das erlaubt den Einsatz externer HW-Treiber. Um die Zuverlässigkeit der Applikationen zu erhöhen, wurde das Board mit einer Reihe von Hard- und Softwarelösungen ausgestattet, die das Risiko eines Systemabsturzes verringern und Gelegenheit bieten, den Systemstatus aus der Ferne zu überwachen. Hierzu gehört die Überwachung der Versorgungsspannung, der Temperatur, Watchdog und die Möglichkeit, Daten vom Controller des Baseboards zu nutzen.

Robust und modifiziert für die Wärmeableitung

Alle Schlüsselkomponenten des CPC600, einschließlich CPU und Speicher, sind auf dem Board verlötet. Dadurch sind Vibrationen bis zu 5 G und Stöße bis zu 50 G möglich. Für Kunden, die eine wärmeableitende Kühlung einsetzen wollen, bietet Fastwel eine Modifikation an. Diese 8HP-Variante bietet verschiedene Schnittstellen auf der Frontseite: Gigabit Ethernet, 2 × USB 2.0, 2 × COM, SVGA und Audio – der Länge nach mit On-Board-Steckern, um SATA, IDE und Floppy-Laufwerke anschließen zu können.

Das CPC600 unterstützt verschiedene Betriebssysteme von Echtzeit bis hin zu verschiedenen industriellen Automatisierungssystemen. Durch das Rear-I/O-Modul RIO680 lassen sich Systeme entwickeln, die sowohl front- als auch rückseitig verkabelt sind. Damit ergibt sich eine Lösung für ein breites Spektrum an Anwendungen von Datenerfassungs- und -verarbeitungssystemen in der Industrieautomation bis hin zu hochzuverlässigen High-Performance-Parallelsystemen, bestehend aus 21 CPC600-Boards, die durch drei Netzwerke miteinander verbunden sein können.

*Alexander Buravlev ist Sales Director; Boris Kalinin ist Technischer Redakteur bei Fastwel, Moskau.

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