Systémy pro sběr a přenos dat
• Centralizované SPD – VME, VXI – Compact PCI, PXI, PXI Express
Sběrnice VME
16/32/64 bitová paralelní sběrnice pro průmyslové aplikace Počátky v roce 1981 – neustále se vyvíjí – – – –
původní standard IEEE 1014-1987 VME64, má již podporu P&P VME64x, podpora pro „live insertion“ VME320
Multiprocesorový systém – až 21 procesorových modulů v jediném rámu (19“)
3 nezávislé adresové prostory (A16, A24, A32) – proč?
Jednoduché i blokové přenosy – mnoho variant podle šířky adresy, dat a protokolu
Sběrnice VME
Standardně asynchronní protokol – existují i synchronní přenosy mezi zařízeními, která je podporují Data
MASTER
SLAVE Address Control signals
MASTER
SLAVE DTACK
MASTER
SLAVE
Sběrnice VME
Přenosová rychlost závisí na variantě a protokolu – – – –
standardní asynchronní blokový přenos – 40 MB/s totéž ve variantě VME64 – 80 MB/s VME64x – protokol 2eVME (přenos na obě hrany) – 160 MB/s VME320 – protokol 2eSST (synchronní přenos na 2 hrany hodin) – 320 MB/s
Distribuovaný přerušovací systém – 7 úrovní přerušení, každá může být obsluhována jiným modulem – žádosti jsou sdílené – priorita je pak dána polohou v rámu
Prioritní systém arbitráže – 4 úrovně žádosti o sběrnici, řešeno centrálně – žádosti jsou sdílené - priorita je pak dána polohou v rámu
Doplňkový standard definuje výměnu za chodu (hot swap)
Struktura sběrnice VME
Aplikace VME
Průmyslové řízení, vojenské aplikace, letectví, telekomunikace, fyzikální experimenty, doprava …
Sběrnice VXI
VXI = VME Extension for Instrumentation Rozšíření VME (VME64) o funkce potřebné pro aplikace v systémech pro měření a sběr dat – VME je čistě počítačová sběrnice
VXI přidává HW a systémová rozšíření – subsysém pro synchronizaci (trigger) – lokální sběrnice (mezi sousedními moduly) – StarBus – hvězdicově uspořádaný sériový podsystém s „ústřednou“ v prvním slotu systému – přesnou specifikaci chlazení, napájení a EMC
Sběrnice VXI
VXI přidává HW a systémová rozšíření – podpora P&P prostřednictvím sady konfiguračních registrů • automatizované přidělení požadovaných systémových zdrojů
– standardizace komunikace mezi zařízeními prostřednictvím komunikačních registrů a „Word Serial“ protokolu • možnost použití např. SCPI příkazů – velmi časté
– standardizace sady příkazů pro konfiguraci systémových funkcí zařízení – standardní definice zařízení pro řízení VXI prostřednictvím GPIB (IEEE 488)
Aplikace VXI
Obecně všechny, kde je třeba – měřit s vysokou rychlostí a přesnou synchronizací mezi přístroji – měřit velmi vysoký počet kanálů současně
Sběrnice Compact PCI
32/64 bitová paralelní sběrnice pro průmyslové aplikace Elektricky shodná jako klasická PCI v počítačích – ale využívá formát Eurokarty (stejně jako VME/VXI) – velikost 3U (100 x 160 mm) nebo 6 U (233,35 x 160 mm)
Maximální přenosová rychlost 532 MB/s (64b/66MHz) Podpora pro výměnu komponent za chodu (live insertion, hot swap) Možnost nezávislého paralelně fungujícího systému (např. Gbit Ethernet, Infiniband) uvnitř systému Poskytuje vyšší výkon než VME a je kompaktnější – přesto ho zcela nenahradil
Sběrnice PXI a PXI Express
PXI = PCI Extension for Instrumentation Rozšíření cPCI o funkce potřebné pro aplikace v systémech pro měření a sběr dat – PCI je čistě počítačová sběrnice
Rozšíření jsou analogická těm mezi VME a VXI U varianty PXI Express je klasická PCI sběrnice nahrazena standardem PCI Express – spojení bod-bod – vyšší datová propustnost – přepínací infrastruktura
Aplikace PXI a PXI Express
Obecně všechny, kde je třeba – měřit s vysokou rychlostí a přesnou synchronizací mezi přístroji – měřit velmi vysoký počet kanálů současně
Programování centralizovaných SPD
V systému bývá jeden nebo více procesorových modulů – běžné procesory • kompatibilní s Intel, AMD • Power PC … – signálové procesory (DSP) • s pevnou nebo plovoucí čárkou – specializované procesory • komunikační • DSC (Digital Signal Controller)
Neexistuje jeden operační systém použitelný na všech těchto platformách – vzhledem k různým aplikačním požadavkům to ani není žádoucí
Roztříštěnost vede k obtížnější systémové integraci
Programování centralizovaných SPD
Podle aplikace se využívají různé operační systémy – Windows, Linux • často pouze jako uživatelská rozhraní • někdy i pro vlastní aplikace, bez nároku na běh v reálném čase – RTOS – operační systémy reálného času • pro obecné i specializované procesory • zabezpečují přístup jednotlivých úloh k procesoru v definovaném časovém rastru • zabezpečují obsluhu asynchronních událostí s definovanou časovou latencí – Specializované operační systémy • obvykle kombinují vlastnosti obecného RTOS s vlastnostmi specifickými pro danou aplikaci – např. podpora specifických protokolů nebo HW v jádře systému
