Performant und flexibel: VPX/OpenVPX

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Anhand dieser Grundlagen definiert OpenVPX eine Vielzahl von Profilen für Module, Slots und komplette Backplane-Topologien:

• Modulprofile beschreiben die Anordnung und Breite der Planes auf den Steckverbindern, sowie die mögliche Übertragungsgeschwindigkeit. Dabei können die nicht definierten Bereiche auf den Steckverbindern für modulspezifische Schnittstellen verwendet werden, die beispielsweise über „Rear Transition Module“ nach außen geführt werden. Die Modulprofile sind in unterschiedliche Typen unterteilt. Es gibt Profile für Payload Module (Leistungsstarke Boards wie z.B. Single Board Computer), Peripheral Module (Peripheriekarten wie Grafikkarten oder XMC-Carrier), Switch Module (Switches z.B. für PCI Express und Ethernet), Storage Module (Boards für Massenspeichergeräte wie z.B. Carrier für 2,5“ SSDs) und Bridge Module (als Brücke zum herkömmlichen VMEbus bei Einsatz von Hybrid-Backplanes).

• Slotprofile beschreiben die Art des Moduls sowie die Anordnung und Breite der Planes, die von einem Slot über die Backplane geroutet werden. Slotprofile werden deshalb separat von Modulprofilen definiert, da es möglich ist, Module mit unterschiedlichem Modul-Profil in ein und dasselbe Slotprofil zu stecken. Beispielsweise kann ein Modulprofil mehr Verbindungen besitzen als ein zugehöriges Slotprofil. Die nicht gerouteten Verbindungen können dann gegebenenfalls auf einem Rear Transition Modul (RTM) abgegriffen werden oder sie bleiben schlicht ohne Verwendung.

• Backplaneprofile beschreiben Typ und Anzahl von Slots, die gemeinsam eine Backplane bilden, deren exakte Vernetzung untereinander (Topologie) sowie die maximal unterstützte Datenrate. Jedes Backplane-Profil wird dabei mit einer Namenskonvention bezeichnet, die bereits die Topologie der Data Plane enthält. Dies erleichtert die Suche eines geeigneten Profils zur Realisierung einer speziellen Anwendung. Dabei steht Centralized für Profile, bei denen die Data Planes der Payload Boards über einen oder zwei Switches miteinander verbunden werden, Distributed für Topologien, bei denen die Data Plane der Boards in Mesh- oder Ringstruktur miteinander vernetzt sind.

Centralized Backplane als Beispiel

Ein Beispiel in Bild 1 soll den Zusammenhang zwischen Backplane- und Slotprofil genauer beleuchten: Es zeigt eine „Centralized“ Backplane mit 6 Slots für den Formfaktor 3U; d.h. die Spezifikation definiert somit aus exakt welchen Slotprofilen genau dieses Backplaneprofil besteht: In unserem Fall aus fünf identischen Payload Modulen und einem Switch Modul. Darüber hinaus wird ersichtlich, in welchen Bereichen des Steckverbinders sich die verschiedenen Planes befinden, und in welcher Weise die genaue Vernetzung aller Module untereinander über die Backplane erfolgt.

Die Aufgabe eines Systemarchitekten ist es, seine kompletten Anforderungen in Funktionsblöcke aufzuteilen. Diese können dann in einer geeigneten VPX Topologie mit passenden Profilen abgebildet werden. Dies soll ein einfaches Anwendungsbeispiel verdeutlichen: Eine Videoapplikation (Augmented Reality) mit extremer Leistungsfähigkeit und für raue Umgebungsbedingungen, die zudem noch flexibel erweiterbar sein soll.

Bild 2 zeigt die resultierende Spezifikation, welche die Funktionen und Schnittstellen beinhaltet, die zur Verfügung gestellt werden müssen. Bild 3 zeigt das daraus entwickelte Blockdiagramm, welches die Anforderungen an das Gesamtsystem in einzelne Funktionsgruppen zerlegt darstellt. Und dieses Blockdiagramm kann nun in das entsprechende Backplaneprofil übertragen werden.

Das für unser Beispiel passende Backplaneprofil ist in Bild 4 zu sehen. Aufgrund der durchdachten „intrinsischen“ Skalierbarkeit bei OpenVPX können die auf dieser Backplane verwendeten Payloadslots auch mit Peripheriekarten bestückt werden: So kann dieses System auf einfache Art mit weiterer Prozessorleistung (Payload) oder auch nur zusätzlichen Schnittstellen (Peripherie) erweitert werden.

* Aksel Saltuklar ist CTO und Leiter R&D; Florian Faltin ist Abteilungsleiter Integrated Systems, beide bei ELMA Electronic, Pforzheim.

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