Mechanik-Aspekte rund um CompactPCI Serial

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Erweiterung mit Mezzanin-Karten

Da CompactPCI Serial mechanisch auf dem Standard IEEE 1101 basiert, dem Standard für 19-Zoll-Systeme und Europa-Baugruppen, sind auch Mezzanin-Module, die für solche Baugruppen entwickelt wurden, kompatibel zu CompactPCI Serial. Vor allem für die Rückwärtskompatibilität zu existierenden Lösungen ist dies sehr wichtig.

Bedeutendste Vertreter solcher Mezzanine sind PMC-, XMC- und M-Module. All diese Module passen auf Europakarten. Dabei kann eine Einfach-Europakarte prinzipiell jeweils ein PMC/XMC bzw. ein M-Modul aufnehmen; eine Doppel-Europakarte kann zwei PMCs bzw. XMCs oder vier M-Module tragen.

Platzbedarf:

Bedingt durch die für CompactPCI Serial eingesetzten Steckverbinder ist der für Bauteile nutzbare Raum etwas geringer als beim parallelen CompactPCI und bei VMEbus-Baugruppen. Für CPCI-S.0 wurde deshalb der für Peripheriekarten einzig erforderliche Stecker P1 am unteren Rand der 3-HE-Baugruppe platziert. Da dieser Steckverbinder nur 13 mm breit ist und ein Rand von jeweils 2,5 mm für Einschubschienen reserviert ist, bleibt eine Breite von 82 mm, die für Bauteile nutzbar ist. Ein PMC/XMC-Modul mit 74,5 mm Breite lässt sich so bequem unterbringen. Ebenso natürlich ein M-Modul mit 53 mm Breite.

Zwei PMC/XMC-Module auf einer Doppel-Eruopakarte

Für Doppeleuropakarten gilt im Prinzip das Gleiche. Da 6-HE-Baugruppen aber 3-HE-Baugruppen nach unten verlängern, liegt der Stecker P1 relativ mittig auf dem 6-HE-Board. Für PMC/XMC-Module ist dies ohne Bedeutung, es passen zwei dieser Module auf eine Doppel-Europakarte. Die Anzahl maximal möglicher M-Module beträgt drei je 6-HE-Baugruppe.

Signalführung:

Die elektrische Ansteuerung von Mezzanin-Modulen, die auf modernen seriellen Schnittstellen beruhen, ist besonders einfach. So müssen für XMC-Module einfach nur die richtigen Leitungen miteinander verbunden und die Stromversorgung lokal erzeugt werden. Hot-Plug-Unterstützung ist natürlich möglich. Für Module, die auf älteren parallelen Bussen basieren, benötigt man eine Bridge. So gibt es für PMC-Module Bridges von PCIe auf PCI als Standard-Komponenten. Für M-Module wird man FPGA-basierende Lösungen wählen.

Schon beim parallelen CompactPCI-Standard gibt es die Möglichkeit, die Ein-/Ausgabe für Peripheriesteckplätze auch über die Backplane anzupassen. Die Anzahl der freien Pins, vor allem bei 3-HE-Lösungen, ist jedoch sehr eingeschränkt.

Individuelle Rear I/O für 3 HE und 6 HE

CompactPCI Serial bietet die Möglichkeit auch für 3-HE-Baugruppen bereits rund 100 Pin-Paare bzw. 200 einzelne Pins an den Steckern P2 bis P5 zu nutzen, welche alle in Masse eingebettet und so geschirmt sind. Für 6-HE-Boards stehen dann mehr als 300 Pin-Paare bzw. mehr als 600 einzelne Anschlüsse zur Verfügung. Den I/O-Signalen kommt natürlich das sehr gute Übertragungsverhalten und hohe Signalfrequenzen zugute. So lassen sich Datenübertragungsraten von 12 GBit/s und mehr für differenzielle Signale erreichen.

Rear I/O auf 3 HE: benötigt man für Systeme in rauer Umgebung in Verbindung mit Konduktionskühlung. Die Ein-/Ausgabe-Signale werden in der Regel ausschließlich per Rear-I/O angeschlossen. Konduktionsgekühlte Systeme werden sowohl den thermischen als auch den mechanischen Anforderungen gerecht, beispielsweise für den Einsatz in Flugzeugen, Zügen oder Landmaschinen.

Rear I/O auf 6 HE: ist für viele Applikationen sehr wichtig. Telekom-Anwendungen etwa lassen Front-I/O nur für Service-Zwecke zu. Ein Grund für den Einsatz von modularen Systemen auf Basis von Einsteckkarten ist ja gerade die extrem kurze Zeit, die im Service-Fall für den Kartentausch benötigt wird. Dank der Hot-Plug-Fähigkeit von Compact-PCI Serial muss man nicht einmal die Stromversorgung ausschalten um ein Board zu tauschen. Viele Steckverbindungen an der Front, die vor dem Tausch eines Boards entfernt werden müssen, könnten diesen Vorteil zunichtemachen. Die Lösung ist Rear-I/O.

Rear I/O in der Messtechnik: Eine Baugruppe mit analogem Front-End benötigt häufig eine Messwertanpassung, die bei jeder Anwendung unterschiedlich ist. Die Signalkonditionierung kann man sehr gut auf einem maßgeschneiderten Rear-I/O-Adapter unterbringen. Die Front steht dann für komfortable Status-Anzeigen zur Verfügung.

Rear-I/O-Technologie birgt auch zwei wesentliche Schwierigkeiten. Bei herkömmlichen CompactPCI-Systemen müssen alle Signale von der Front auf die Busplatine gebracht werden. Die Stecker der Busplatine leiten dann die Signale weiter an den Rear-I/O-Adapter. Beim parallelen CompactPCI hat man sich für Rear-I/O wie auch für die PCI-Bus-Signale auf die bewährten 2-mm-Steckverbinder festgelegt. Diese sind jedoch wenig geeignet, die hohen Bandbreiten digitaler Nachrichtentechnik zu unterstützen oder hoch-sensible Signale im Messtechnikbereich zu handhaben.

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