PCI и PCI-X

PCI в инструментальных системах: cPCI и PXI

Для устройств промышленного назначения в начале 1995 года был принят стандарт Compact PCI. Шина Compact PCI (cPCI) разрабатывалась на основе спецификации PCI 2.1. Этот стандарт принят Организацией производителей промышленных компьютеров PCIMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group). Шина отличается поддержкой большого количества слотов: 8 против 4 в обычной PCI. Как и PCI, шина поддерживает 32-битный и 64-битный обмен. Шина обладает всеми возможностями автоконфигурирования, присущими PCI. Кроме того, шина дает возможность программного прочтения «географического адреса» модуля. Географическая адресация дает дополнительную возможность идентификации физического местоположения модуля (хотя его можно определить и по номерам шины и устройства, пользуясь стандартными конфигурационными функциями PCI). Конструктивно платы Compact PCI представляют собой еврокарты высотой 3U (100×160 мм) с двумя коннекторами (J1 и J2) или 6U (233,35×160 мм) с 4–5 коннекторами (J1…J5). На шасси разъемы обозначаются P1…P5; платы (модули) устанавливаются с шагом 20,32 мм (0,8 дюйма). Одно посадочное место (слот), как правило крайнее левое, отводится под системный модуль, остальные — под периферийные. В системный слот устанавливается контроллер шины, на который возлагаются функции арбитража и синхронизации. На его коннекторе шиной используется большее число контактов, чем на остальных. Вид шасси и модулей Compact PCI приведен на рисунке, на рисунке видно символическое обозначение места контроллера (номер системного слота — в треугольнике, периферийных — в круге). На шасси может быть несколько сегментов cPCI — независимых шин; если требуется, связь между ними организуется через модули-мосты, устанавливаемые в слоты. В каждом сегменте должен быть собственный контроллер шины.

Коннекторы — 7-рядные экранированные штырьковые разъемы с шагом 2 мм между контактами, на кросс-плате — вилка, на модулях — розетки. Поскольку модули (и разъемы) обычно устанавливаются вертикально, ряды удобнее назвать колонками, что и подразумевается ниже. Из 7 колонок контактов (z, a, b, c, d, e, f) только 5 (a–e) используются для сигнальных цепей, а колонки z и f — только для экрана (соединяются с шиной GND)1. Контакты коннекторов имеют разную длину: более длинные контакты цепей питания при установке модуля соединяются раньше, а при вынимании разъединяются позже, чем сигнальные. Такое решение позволяет производить «горячую» замену модулей. Собственно шина использует только коннекторы J1 и J2, плотно примыкающие друг к другу (они могут выглядеть как единый 47-позиционный разъем). Контакты J1 используются для сигналов 32-битной шины PCI; периферийная 32-битная плата может и не иметь разъема J2. Ряды 12– 14 используются как ключи для вариантов с уровнями сигналов 5В/3,3В. Здесь возможны универсальные платы, но не допускаются универсальные шасси. Разъем J2 используется по-разному: системный контроллер использует его для сигналов арбитража и синхронизации, разводящихся по периферийным слотам радиально. На периферийных платах он может и отсутствовать. В 64-разрядных системах J2 используется для расширения шины; в 32-разрядных он может использоваться для сигналов ввода-вывода, разводящихся через шасси. На этот же разъем выведены сигналы географической адресации (которые можно и не использовать). Назначение контактов разъемов J1 и J2 Compact PCI версии 2.1 приведено в таблице ниже. Разъемы J3…J5 отводятся для прикладного использования. Конструкция коннекторов позволяет применять для них специфические модификации (например, с разделяющим экраном и механическими ключами). В шине предусматривается наличие независимых источников питания + 5 В, + 3,3 В и ± 12 В.

Разъем, контакт	№	Ряд
		a	b	c	d	e
J2	22	GA4	GA3	GA2	GA1	GA0
	21	CLK6	GND	RSV	RSV	RSV
	20	CLK5	GND	RSV	GND	RSV
	19	GND	GND	RSV	RSV	RSV
	18	BRSVP2A18	BRSVP2B18	BRSVP2C18	GND	BRSVP2E18
	17	BRSVP2A17	GND	PRST#	REQ6#	GNT6#
	16	BRSVP2A16	BRSVP2B16	DEG#	GND	BRSVP2E16
	15	BRSVP2A15	GND	FAL#	REQ5#	GNT5#
	14	AD35	AD34	AD33	GND	AD32
	13	AD38	GND	V(I/O)	AD37	AD36
	12	AD42	AD41	AD40	GND	AD39
	11	AD45	GND	V(I/O)	AD44	AD43
	10	AD49	AD48	AD47	GND	AD46
	9	AD52	GND	V(I/O)	AD51	AD50
	8	AD56	AD55	AD54	GND	AD53
	7	AD59	GND	V(I/O)	AD58	AD57
	6	AD63	AD62	AD61	GND	AD60
	5	C/BE5#	GND	V(I/O)	C/BE4#	PAR64
	4	V(I/O)	BRSVP2B4	C/BE7#	GND	C/BE6#
	3	CLK4	GND	GNT3#	REQ4#	GNT4#
	2	CLK2	CLK3	SYSEN#	GNT2#	REQ3#
	1	CLK1	GND	REQ1#	GNT1#	REQ2#
J1	25	5V	REQ64#	ENUM#	3.3V	5V
	24	AD1	5V	V(I/O)	AD0	ACK64#
	23	3.3V	AD4	AD3	5V	AD2
	22	AD7	GND	3.3V	AD6	AD5
	21	3.3V	AD9	AD8	M66EN	C/BE0#
	20	AD12	GND	V(I/O)	AD11	AD10
	19	3.3V	AD15	AD14	GND	AD13
	18	SERR#	GND	3.3V	PAR	C/BE1#
	17	3.3V	IPMB_SCL (SDONE)1	IPMB_SDA (SBO#)1	GND	PERR#
	16	DEVSEL#	GND	V(I/O)	STOP#	LOCK#
	15	3.3V	FRAME#	IRDY#	BD_SEL# (GND)2	TRDY#
	12-14	Зона ключа	-	-	-	-
	11	AD18	AD17	AD16	GND	C/BE2#
	10	AD21	GND	3.3V	AD20	AD19
	9	C/BE3#	IDSEL	AD23	GND	AD22
	8	AD26	GND	V(I/O)	AD25	AD24
	7	AD30	AD29	AD28	GND	AD27
	6	REQ#	GND	3.3V	CLK	AD31
	5	BRSVP1A5	BRSVP1B5	RST#	GND	GNT#
	4	IPMB_PWR (BRSVP1A4)1	HEALTHY# (GND)1	V(I/O)	INTP	INTS
	3	INTA#	INTB#	INTC#	5V	INTD#
	2	TCK	5V	TMS	TDO	TDI
	1	5V	-12V	TRST#	+12V	5V

¹ — Назначение в скобках — для старых версий.
² — На системном слоте — GND.

В основном сигналы Compact PCI совпадают с сигналами обычной шины PCI, назначение специфических сигналов приведено в следующей таблице.

Сигнал	Назначение
BD_SEL#	Сигнал от модуля о том, что он установлен в слот и питание подано (подается через один из укороченных контактов, который соединяется после всех основных)
BRSVxxxx	Зарезервированные на будущее сигналы, шинно разведенные по слотам; xxxx обозначает позиционный номер контакта (BRSVP1A4 — на контакте A4 разъема P1)
CLK[0:6], GNT#[0:6], REQ#[0:6]	Сигналы, радиально разводящиеся от разъема J2 системного слота к периферийным (сигналы CLK0, GNT0# и REQ0# расположены на местах CLK, GNT# и REQ# разъема J1)
DEG#	Предупреждение о деградации питания
ENUM#	Все аппаратные модули установлены, можно производить нумерацию и конфигурирование устройств
FAL#	Отказ питания
GA0-GA4	Географический адрес. Коммутацией на «землю» для каждого слота задается его двоичный географический адрес на шасси
SMB_SDA, SMB_SCL,	Сигналы шины SMBus (только на системном слоте)
SMB_ALERT#	Сигнал прерывания по шине SMBus
HEALTHY#	Сигнал от модуля, что он получает нормальное питание (PwrGood) и сигнал его сброса снят
INTP, INTS	Прерывания от первичного и вторичного контроллеров IDE
IPMB_PWR,	Батарейное питание шины IPMB (Independent Platform Management Bus, независимая последовательная шина управления платформой)
IPMB_SCL, IPMB_SDA	Синхронизация и данные шины IPMB
PRST#	Push Button Reset, сигнал от кнопки «Сброс»
RSV	Резерв на будущее
SYSEN#	Идентификация системного слота (на системном слоте контакт заземлен, что позволяет модулю опознать установку в это место)
UNC	Не подключен

 На базе шины Compact PCI фирмой National Instruments разработана спецификация PXI (PCI eXtensions for Instrumentation — расширение PCI для инструментальных систем) в тех же конструктивах. По сравнению с cPCI в PXI более жестко определяется местоположение модулей. На шасси левый слот отводится для контроллера шины, следующий за ним — для контроллера синхронизации (его номер пишут в ромбе), остальные — для периферийных модулей. При необходимости контроллер может расширяться влево, занимая дополнительные слоты, разъемы которых не связаны с общей шиной.

В шине PXI часть контактов J2/P2, определенных в Compact PCI как резервные, предназначаются для организации дополнительных локальных шин и синхронизации. Резервными остались только PXI_BRSVA15 и PXI_BRSVB4, разведенные по всем слотам шасси. Топологию соединений на шасси PXI иллюстрирует следующий рисунок.

В инструментальных системах зачастую требуется синхронизация разных модулей, для этого в PXI имеются специальные сигнальные линии. Шина синхронизирующих сигналов Trigger Bus (8 линий) PXI_TRIG[0:7] объединяет все слоты одного сегмента PXI, за исключением системного. Кроме того, имеются 13 линий индивидуальной синхронизации (Star Trigger), звездообразно соединяющих слот контроллера синхронизации с остальными периферийными слотами всего шасси (может распространяться и на два сегмента PXI). Каждая из линий PXI_STAR[0:12] слота контроллера синхронизации соединяется с линией PXI_STAR своего слота. Разводка линий обеспечивает идентичность задержек, вносимых ими в распространение сигнала между слотом контроллера синхронизации и периферийными слотами. Линии PXI_TRIG[0:7] и PXI_STAR[0:12] могут использоваться двояко: как для подачи команд запуска модулям от контроллера синхронизации, так и для сообщения модулями своего состояния (зависит от приложения шасси). Для прецизионной синхронизации имеется сигнал опорной частоты 10 МГц PXI_CLK10, который шасси синхронно (со сдвигом не более 1 нс) доставляет ко всем слотам. Для каждого слота предоставляется отдельный выход буфера; источником сигнала может быть как шасси, так и контроллер синхронизации (через сигнал PXI_CLK10_IN).

Локальные шины в PXI предназначены для связи соседних пар слотов. Локальные шины объединяют смежные слоты попарно (исключая слот системного контроллера), образуя цепочку устройств (daisy chain). Каждая локальная шина имеет 13 линий, соединяющих цепи PXI_LBR[0:12] левого слота с цепями PXI_LBL[0:12] правого слота пары. Линии могут использоваться как для цифровых, так и аналоговых (до 48 В, 200 мА) сигналов. Цепи PXI_LBR[0:12] последнего (самого правого) слота могут выводиться на внешний разъем шасси. Для слота контроллера синхронизации линии PXI_LBL[0:12] недоступны — их контакты заняты звездообразными сигналами синхронизации.

Кроме механических и электрических характеристик PXI определяет ПО модулей: основной ОС считается Windows NT/2000/9x, и модули должны поставляться с соответствующими драйверами. Это экономит время, необходимое для системной интеграции. В качестве средств разработки ПО предлагается использовать пакеты LabVIEW, LabWindows/CVI фирмы National Instruments; Visual Basic, Visual C/C++ от Microsoft и Turbo C/C++ от Borland. Модули PXI совместимы с шиной Compact PCI, а модули Compact PCI — с шиной PXI. Однако все преимущества спецификации реализуются только при установке модулей PXI в шину PXI.

 

Таблица. Разъем J2/P2 PXI для периферийного слота

Контакт	a	b	c	d	e
22	GA4	GA3	GA2	GA1	GA0
21	PXI_LBR0	GND	PXI_LBR1	PXI_LBR2	PXI_LBR3
20	PXI_LBR4	PXI_LBR5	PXI_LBL0	GND	PXI_LBL1
19	PXI_LBL2	GND	PXI_LBL3	PXI_LBL4	PXI_LBL5
18	PXI_TRIG3	PXI_TRIG4	PXI_TRIG5	GND	PXI_TRIG6
17	PXI_TRIG2	GND	RSV	PXI_STAR	PXI_CLK10
16	PXI_TRIG1	PXI_TRIG0	RSV	GND	PXI_TRIG7
15	PXI_BRSVA15	GND	RSV	PXI_LBL6	PXI_LBR6
Ряды 5–14 как у Compact PCI
4	V(I/O)	PXI_BRSVB4	C/BE7#	GND	C/BE6#
3	PXI_LBR7	GND	PXI_LBR8	PXI_LBR9	PXI_LBR10
2	PXI_LBR11	PXI_LBR12	UNC	PXI_LBL7	PXI_LBL8
1	PXI_LBL9	GND	PXI_LBL10	PXI_LBL11	PXI_LBL12

 

Таблица. Разъем J2/P2 PXI для системного слота

Контакт	a	b	c	d	e
22	GA4	GA3	GA2	GA1	GA0
21	CLK6	GND	RSV	RSV	RSV
20	CLK5	GND	RSV	GND	RSV
19	GND	GND	SMB_SDA	SMB_SCL	SMB_ALERT#
18	PXI_TRIG4	PXI_TRIG4	PXI_TRIG5	GND	PXI_TRIG6
17	PXI_TRIG2	GND	PRST#	REQ6#	GNT6#
16	PXI_TRIG1	PXI_TRIG0	DEG#	GND	PXI_TRIG7
15	PXI_BRSVA15	GND	FAL#	REQ5#	GNT5#
Ряды 5–14 как у Compact PCI
4	V(I/O)	PXI_BRSVB4	C/BE7#	GND	C/BE6#
3	CLK4	GND	GNT3#	REQ4#	GNT4#
2	CLK2	CLK3	SYSEN#	GNT2#	REQ3#
1	CLK1	GND	REQ1#	GNT1#	REQ2#

 

Таблица. Разъем J2/P2 PXI для слота контроллера синхронизации

Контакт	a	b	c	d	e
22	GA4	GA3	GA2	GA1	GA0
21	PXI_LBR0	GND	PXI_LBR1	PXI_LBR2	PXI_LBR3
20	PXI_LBR4	PXI_LBR5	PXI_STAR0	GND	PXI_STAR1
19	PXI_STAR2	GND	PXI_STAR3	PXI_STAR4	PXI_STAR5
18	PXI_TRIG3	PXI_TRIG4	PXI_TRIG5	GND	PXI_TRIG6
17	PXI_TRIG2	GND	RSV	PXI_CLK10_IN	PXI_CLK10
16	PXI_TRIG1	PXI_TRIG0	RSV	GND	PXI_TRIG7
15	PXI_BRSVA15	GND	RSV	PXI_STAR6	PXI_LBR6
Ряды 5–14 как у Compact PCI
4	V(I/O)	PXI_BRSVB4	C/BE7#	GND	C/BE6#
3	GND	PXI_LBR8	PXI_LBR9	PXI_LBR10	-
2	PXI_LBR12	UNC	PXI_STAR7	PXI_STAR8	-
1	GND	PXI_STAR10	PXI_STAR11	PXI_STAR12	-

 

• Вперёд >