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MicroTCA-先進(jìn)的工業(yè)計算機測控系統解決方案

彭文進(jìn) 2006/10/11

摘要：
　　PICMG倡導的ATCA，因為具有先進(jìn)的性能、開(kāi)放的架構和高度的模塊化、標準化的結構，正在被越來(lái)越多的高性能計算機、通信設備制造商和運營(yíng)服務(wù)商選定為新一代產(chǎn)品的最佳解決方案。PICMG最近發(fā)布的MicroTCA，充分采納、沿用了ATCA 的各項優(yōu)點(diǎn)，以更小的空間、更緊湊的結構，為下一代網(wǎng)絡(luò )通信、工業(yè)計算機測控系統提供了更好的解決方案。本文將對MicroTCA的特點(diǎn)和在下一代工業(yè)計算機測控系統的應用方式進(jìn)行具體的介紹。

　　關(guān)鍵詞：ATCA，MicroTCA，High Performance Computer，Industrial Control and Measurement

　　MicroTCA-Advanced Solution for Industrial Computer and Measure-Control Equipment

DINTEK (Shanghai) Electronic Ltd., Witt Peng

Abstract: ATCA，promoted by PICMG，according its advanced performance, high level open standard and modular architecture, is acknowledged as the best solution of next generation products by the manufacture and service provider of high performance computer and future network. MicroTCA, issued by PICMG recently, realizing the advanced feature of ATCA in more compact space, will be the best solution of next generation Industrial Computer and Control Measurement Equipment. This article will introduce the characteristics of MicroTCA and the application mode in industrial computer and measure-control equipment.

Key words: ATCA，MicroTCA，High Performance Computer，Industrial Control and Measurement

引言

　　隨著(zhù)業(yè)務(wù)和內容的不斷豐富、技術(shù)和市場(chǎng)的不斷發(fā)展，傳統的電信網(wǎng)絡(luò )、計算機網(wǎng)絡(luò )和廣播電視網(wǎng)絡(luò )都在經(jīng)歷一次翻天覆地的變化。網(wǎng)絡(luò )結構從復雜向簡(jiǎn)單演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò )設備從專(zhuān)有系統向通用系統演進(jìn)。在這個(gè)變化過(guò)程中，PICMG倡導的ATCA、MicroTCA技術(shù)規范，因為具有先進(jìn)的性能、開(kāi)放的架構和高度的模塊化、標準化的結構，正在被越來(lái)越多的通信設備制造商和運營(yíng)服務(wù)商選定為新一代網(wǎng)絡(luò )通信產(chǎn)品的最佳解決方案。無(wú)論是有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，還是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，從邊緣層的業(yè)務(wù)接入設備，到核心層的業(yè)務(wù)處理設備，ATCA、MicroTCA都顯露出巨大的應用前景。

　　3.125Gb/s的高速數據鏈路，2.4TB/s的背板傳輸帶寬，200W/slot的電源供應，強勁的通風(fēng)散熱能力，完善的系統管理功能，完全的Redundant FRU設計理念，這些優(yōu)越的性能無(wú)一不是新一代網(wǎng)絡(luò )設備的規劃和設計者們所企盼的。

　　與任何一個(gè)新技術(shù)一樣，在沒(méi)有獲得規模應用之前，在產(chǎn)業(yè)化環(huán)境沒(méi)有建立和完善之前，ATCA/MicroTCA在提供高性能解決方案的同時(shí)，也因為其相對較高的成本，為初期應用者設置了比較大的障礙。

　　DINTEK從實(shí)際出發(fā)，針對小型系統和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，設計了2U ATCA 系統，以緊湊的結構，優(yōu)越的性能，為初期應用者提供了一個(gè)低成本的ATCA、MicroTCA的開(kāi)發(fā)應用平臺。

　　下面將對這個(gè)產(chǎn)品的特點(diǎn)和應用方式進(jìn)行詳細的介紹。

1.DINTEK 2U ATCA系統的特點(diǎn)

　　DINTEK 2U ATCA系統，完全遵循PICMG 3.X 規范，采用標準19”機架式安裝結構，具有2個(gè)8U6HP280mm的標準插槽，支持RTM。系統中提供的2SLOT ATCA背板，采用點(diǎn)到點(diǎn)全互連結構，支持2xGbE的base interface和多個(gè)可配置的GbE、10GbE、FC-PI、XAUI、Infiniband、StarFabric、PCI Express Fabric Interface通道。為了保證足夠的冷卻能力，促進(jìn)機箱內的空氣流通，這款系統配置了兩個(gè)可拔插的風(fēng)扇盤(pán)，通風(fēng)能力高達2x268CFM，從右向左均衡散熱。經(jīng)過(guò)實(shí)際測試驗證，在安裝阻風(fēng)嚴重的AMC模塊的情況下，仍然能保證大功率集成電路的散熱要求。依照PICMG規范，這款系統提供了冗余的DC48V供電方式，但是，沒(méi)有提供標準的PEM和ShMC，而是把它們作為可選的或可根據需要定制的模塊，以盡可能地降低系統成本。

圖1，DINTEK 2U ATCA系統平臺

2.2U ATCA系統平臺應用于網(wǎng)絡(luò )安全領(lǐng)域，構建高速信息過(guò)濾/內容搜索設備

　　ATCA的高速數據傳輸能力和靈活多樣的通信接口，非常適用于網(wǎng)絡(luò )安全領(lǐng)域應用。2U的ATCA系統平臺，由于只有兩個(gè)插槽，可以不用通過(guò)交換板，只通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)全互連結構的背板就能實(shí)現兩塊業(yè)務(wù)板之間的高速數據交換，大幅降低了系統的成本。用如下方式構建的高速信息過(guò)濾/內容搜索設備已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò )安全領(lǐng)域投入現場(chǎng)實(shí)用。

圖2，用2U ATCA構建的網(wǎng)絡(luò )安全設備

　　其中，Fabric Interface通道被用于傳送業(yè)務(wù)數據交換，Base Interface通道被用于傳送系統配置和管理信息。每個(gè)業(yè)務(wù)板都有數據處理和交換功能，可以負荷分擔或鏡像冗余的方式工作。通信接口模塊采用AMC結構，可根據應用環(huán)境的不同，配置為GbE、10GbE等接口類(lèi)型，并且，可以很容易地實(shí)現接口和鏈路的互備和切換。
這樣的配置，如果采用CPCI的2.16架構，至少需要4U8SLOT的機箱+兩塊交換板+4~6塊業(yè)務(wù)板+兩塊CPCI電源才能實(shí)現，價(jià)格差距不大，但很多方面的性能卻無(wú)法與2U ATCA構建的平臺相比。

3.2U ATCA系統平臺應用于IPTV流媒體服務(wù)，構建寬帶綜合接入設備

　　無(wú)論是3G還是NGN，都把IPTV流媒體服務(wù)當作能夠真正帶來(lái)發(fā)展的業(yè)務(wù)。但是，由于歷史的原因和體制的限制， IPTV流媒體服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )實(shí)現及運營(yíng)方式等還有很多不確定因素。對于接入方式，不同的網(wǎng)絡(luò )、不同的運營(yíng)商會(huì )有不同的選擇。如電信運營(yíng)商可能會(huì )繼續推行xDSL，廣電運營(yíng)商可能會(huì )沿用CABLE，而新興的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商則會(huì )直接推廣千兆以太網(wǎng)（GbE）。同時(shí)，設備制造商也在研發(fā)APON、EPON、GPON等不同的接入設備。可以說(shuō)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的“最后一公里”，即邊緣設備和接入設備，將是不斷發(fā)展和不斷變化的。面對如此多的不確定因素，相關(guān)的設備供應商必須開(kāi)發(fā)可適應未來(lái)發(fā)展的、靈活的、可配置的寬帶綜合接入設備。用下圖所示2U ATCA系統構建的寬帶綜合接入設備將能夠最大限度地適應未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展要求。

圖3，用2U ATCA構建的寬帶綜合接入設備

4.2U ATCA系統平臺應用于構建圖形圖像處理/數值分析設備

　　從上面的例子已經(jīng)可以看出，2U ATCA雖然很小，但是利用其靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，配合不同的AMC模塊，可以實(shí)現復雜的、過(guò)去要用龐大的系統平臺才能實(shí)現的功能。

　　下面的設計被應用于圖形圖像處理和數值分析系統。8個(gè)DSP或FPGA單元，2個(gè)SATA或iSCSI 硬盤(pán)，冗余的系統管理單元及GbE或PCI Express高速數據接口，如果沒(méi)有ATCA，很難想象一個(gè)2U的設備如何能實(shí)現如此規模的系統。

　　內容服務(wù)是未來(lái)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的動(dòng)力。有了這樣的低成本高性能的圖形圖像處理/數值分析設備，借助未來(lái)網(wǎng)絡(luò )系統強大的接入、交換和傳輸能力，未來(lái)網(wǎng)絡(luò )將能夠實(shí)現更多現有網(wǎng)絡(luò )實(shí)現不了的業(yè)務(wù)和人們現在還無(wú)法想象的業(yè)務(wù)。

圖4，用2U ATCA構建的圖形圖像/數值分析設備

5.2U ATCA系統平臺應用于MicroTCA系統開(kāi)發(fā)

　　MicroTCA是PICMG最新發(fā)布的、基于A(yíng)TCA和AMC結構的、面向未來(lái)網(wǎng)絡(luò )低成本應用的技術(shù)標準。與ATCA一樣，MicroTCA也是一個(gè)先進(jìn)的計算和通信平臺，它的基本模塊就是ATCA中的AMC，二者的機械結構、電氣特性、接口類(lèi)型等都完全相同。也就是說(shuō)，AMC模塊可以直接應用于MicroTCA。

　　MicroTCA定義了一種新型模塊——MCH（MicroTCA Controller & Hub），它是MicroTCA系統的控制、管理和數據交換模塊，之前曾被稱(chēng)為虛擬載卡管理器（VCM--Virtual Carrier Manager）。即，MicroTCA系統的MCH相當于A(yíng)TCA系統的ShMC+Fabric+Carrier。MCH采用了與AMC完全相同的連接方式，結構尺寸與半寬全高的AMC模塊完全相同，連接方式也完全相同。

　　MicroTCA還特別定義了標準的Power Module，把背板輸入的DC48V電源轉換成DC12V，為MCH和其他MicroTCA模塊提供電源供應和功率管理功能，類(lèi)似于A(yíng)TCA系統的PEM和載卡上的DC/DC Converter。 MicroTCA的Power Module也采用了與半寬全高AMC模塊完全相同的機械結構，但是，為了保證電源供應能力，采用了與AMC不同的連接方式。

　　從MicroTCA以上的特點(diǎn)可以看出，ATCA 系統的所有模塊，都可以平滑移植到MicroTCA系統，完全可以用ACTA的系統平臺開(kāi)發(fā)MicroTCA產(chǎn)品。下圖是用低成本的2U ATCA系統平臺開(kāi)發(fā)MicroTCA產(chǎn)品的示例。

圖5，用2U ATCA作為MicroTCA的系統開(kāi)發(fā)平臺

上海鼎鈦克電子有限公司

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