Ursprung und Konzept des Bus-Standards CompactPCI Serial

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Eine einfache und vollständige Sternarchitektur

Wie erwähnt basiert CompactPCI Serial auf einer einfachen, vollständigen Sternarchitektur gleichberechtigt für PCI Express (optional auch Serial Rapid IO, SRIO), SATA bzw. SAS und USB. Der System-Slot unterstützt bis zu acht solcher Peripherie-Steckplätze. Für ein System mit bis zu 9 Slots werden keine Bridges oder Switches benötigt. An sich sind alle Peripherie-Slots identisch. Lediglich einer ist mit einem besonders breiten PCI-Express-Link an den System-Slot angebunden, die sogenannte Fat-Pipe. Dieser Steckplatz kann beispielsweise für eine High-End-Grafikerweiterung genutzt werden.

Ethernet ist nicht als Stern verdrahtet sondern als sogenanntes „Full-Mesh“. Bei Full-Mesh-Architekturen ist jeder der neuen Slots mit jedem der anderen acht Slots über eine dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verbindung angekoppelt. Das Verdrahtungsschema ist dabei so gewählt, dass – wenn ein CPU-Board beispielsweise nur zwei Ethernet-Interfaces unterstützt – drei Steckplätze vollständig vernetzt sind – auch ohne Switches, Routing usw.

Im Gegensatz zu anderen Konzepten basiert die Ethernet-Übertragung auf der Backplane auf den bewährten Standards für Kupferverbindungen 100/1000/10GbaseT. Der Vorteil besteht in der unbeschränkten Interoperabilität auch bei verschiedenen Geschwindigkeiten. Zumindest optional ist die galvanische Trennung möglich und damit die Rückwirkungsfreiheit der Boards gewährleistet. Dies ist für redundante, sicherheitskritische Systeme von Bedeutung. Außerdem können mehrere Systeme einfach miteinander verbunden werden.

Der System-Slot unterstützt insgesamt sieben PCI-Express-Links mit je bis zu vier Lanes, einen Link mit bis zu 16 Lanes, acht SATA/SAS-Schnittstellen, acht USB 2.0 sowie acht USB 3.0, acht Ethernet-Schnittstellen und eine Reihe von Signalen zur Unterstützung dieser Interfaces sowie zur allgemeinen Systemverwaltung (Reset, IPMB, Hot-Plug, geographische Adressierung usw.). Zur Stromversorgung stehen 12V zur Verfügung, die für einen 3-HE-Slot mit bis zu 60 Watt belastet werden darf.

An einem Peripherie-Slot stehen demgemäß ein PCI-Express-Link mit bis zu 16 Lanes, ein SATA/SAS-Interface, einmal USB 2.0 und USB 3.0 zur Verfügung. Wie erwähnt kann jeder Slot bis zu acht Ethernet-Interfaces unterstützen, um das Full-Mesh-Netzwerk aufzubauen. Die Interfaces stehen alle gleichzeitig zur Verfügung. Dies ist zum Beispiel wichtig für Standards wie Mini-PCI-Express-Cards, welche sowohl USB als auch PCI-Express-Support erwarten. Auch der Peripherie-Slot wird mit 12V versorgt und darf maximal bis zu 60 Watt aufnehmen.

Symmetrisches Multiprocessing mit bis zu neun CPUs

Die Architektur von CompactPCI Serial, ein einfacher Stern kombiniert mit einem vollständigem „Mesh“ für Ethernet, kommt ohne Switches und Bridges aus. Es gibt einen System-Slot und bis zu acht Peripherie-Slots. Die Anschlussbelegung von System und Peripherie-Slot ist aber deckungsgleich. Ein Pin informiert das eingesteckte Board, ob es sich in einem System- oder in einem Peripherie-Slot befindet.

So ist es möglich, ein System-Slot-Board (in der Regel ein CPU-Board), auch in jeden Peripheriesteckplatz einzustecken. Natürlich werden dann nicht alle Interfaces funktionieren können – SATA in der Regel nicht, Ethernet aber immer.

So unterstützt CompactPCI Serial trotz der Sternstruktur symmetrisches Multiprocessing mit bis zu neun CPUs in einem System – ohne Bridges und ohne spezielle Backplane, mit Bridges natürlich mehr.

*Manfred Schmitz ist Technischer Geschäftsführer bei MEN Mikro Elektronik, Nürnberg. Mit freundlicher Unterstützung von Marco Pagnin, FAE bei FCI Deutschland, Oberursel.

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