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io模块发展的趋势 1 经济指标下网络性能现状 随着信息技术和计算机科学的快速发展，未来社会已经是一个高效的数字化社会。为了真实地感知和处理大量的语音、数据、图像、图形和其他信息，计算机需要进行实时感知和处理。随着计算机在各个领域的深入,用户对高性能、抗恶劣环境计算机提出了越来越高的要求。 在计算机性能方面,随着CPU主频越来越高,计算机的处理能力也越来越强,但计算机的整体性能并非仅由CPU性能决定,在计算机的体系结构中,计算机I/O技术始终是一项十分重要的关键技术。其技术特性决定了计算机的I/O处理能力。从根本上讲,无论现在还是将来,I/O技术都将制约计算机技术的发展和应用,在高端领域尤其如此。 随着计算机总线技术的不断发展,传统的并行总线正在逐渐退出历史舞台,出现了新一代的串行总线,如Fibre Channel,PCI-Express,RapidIO,Hypertransport等,其中一些总线的些传输速率可以达到10Gb/s,在数字信号处理、图形处理、存储局域网等领域得到了广泛应用。但在恶劣环境适应性方面,商用总线技术在坚固性方面不能长期适应恶劣工作环境的需求,而在接口的模块化、动态重组等方面也难以满足应用需求。其可靠性不高且维修极不方便。 VPX是基于VITA46协议的新一代工业总线标准,由原先的VME总线升级而来,并了兼容了XMC,Fibre Channel,PCI-Express,RapidIO,Hypertransport等高速串行总线协议。本文分析VITA46标准和抗恶劣环境计算机技术,提出一种基于VPX总线的抗恶劣环境计算机设计思路。 2 高速串行系统v-qp VPX(VITA46)是总线是在VME工业总线的基础上上发展而来的。由于采用了必威体育精装版的接插件技术和以及必威体育精装版的高速串行结构技术,因此VPX成为了一个既可以满足传统VME在工业、医疗方面应用,又可以满足宇航、军事应用的新型标准。VPX(VITA46)协议的制定主要考虑了以下一些因素:(1)结构上的高密度和灵活性。VPX总线符合IEEEEI101的3U和6U标准,同时允许不同的结构以保证对原有系统的兼容性。(2)增强带宽。使用高速串行接插件使得总线带宽大大提升,同原先VME总线的40 MB～60 MB相比,使用高速串行接插件将带宽提高到了5 GB,而通过增加高速串行信号的数量,总线的理论最大传输速率可以达到100 GB。(3)增强的电源设计。在VME64X规范中背板的功耗限制为35W,考虑到目前微处理器的快速发展,而多处理器技术也在不断成熟,这一功耗限制可能成为瓶颈。VPX规范通过增加背板的供电以及设计更加完善的散热系统(传导、液冷)解决了这一问题。(4)同各种高速串行协议的兼容。VPX协议是由VITA46系列协议构成的。VITA46由一系列子协议构成,VITA46.0描述了协议的基本要素,其余各个子协议定义了各种高速串行总线的兼容方式、VME总线的信号定义、XMC和PMC模块的信号定义等。目前VITA46协议包含的内容见表1。 3 vpm模块设计 3.1 高速差分信号连接器p0 VPX协议提出了一种全新的模块结构,它类似于IEEEIIOI欧式标准,但在接插件上采用了全新的高速差分信号连接器。基本协议中规定了模块和背板的物理特性。VPX模块可以采用3U或者6U的宽度,深度为160 mm,模块间间距为20.32 mm。 如果采用3U模块,需要安装3个接插件,分别为P0,P1,P2。其中,P0是一个56芯连接器,包含了电源、系统管理、系统复位、基准时钟信号和JTAG等信号;P1是一个112芯高速差分信号连接器,其定义由计算机所符合的VITA子协议决定;P2是一个112芯用户自定义连接器,用户可以根据需要将其定义为差分信号或者单端信号。 如果采用6U结构,需要增加P3到P6共4个接插件,每个接插件均为112芯,这4个接插件均可定义为差分或者单端信号。但在某些特殊情况下,P3到P5的一行必须预留给单端信号。另外,P5和P6也可以使用其他形式的连接器,例如光纤和同轴电缆。 在模块的防误插方面,VPX规范也规定了KEY的设计,共有5种KEY的类型,在3U模块上使用2个KEY,可以区分25种不同板卡,6U模块采用3个KEY,可以区分125种不同板卡。 6U VPX模块如图1所示。 高速差分连接器的作用在于它可以大幅提高信号的传输速度。随着频率的提高,信号的反射率成为限制信号完整性的瓶颈,所以,必须采用低电压信号。 3.2 特殊的封装可靠性 Tyco公司的MultiGig RT是一款具有高密度、高速、高接触性能等特点的高速差分连接器,也是目前业界对VPX总线的唯一解决方案,采用这种接插件具有以下方面的优势: (1)保证信号完整性。在目前的硅工艺下,此连接器的单端和差分信号传