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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-11-29 11:07:54
-- 利用模組化設(shè)計(jì)開發(fā)ATCA和AMC方案
作為基於標(biāo)準(zhǔn)的下一代電信運(yùn)算平臺(tái)，ATCA廣受業(yè)界歡迎。它是在PCI工業(yè)電腦製造商協(xié)會(huì)(CompactPCI單板電腦系列" target=_blank>PICMG)的指導(dǎo)下，由100多家供應(yīng)商和電信設(shè)備製造商開發(fā)出來(lái)的。這種基於標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)設(shè)計(jì)能滿足CompactPCI或?qū)Ｓ孟到y(tǒng)無(wú)法勝任的電信產(chǎn)業(yè)特殊需求。
新的封包基礎(chǔ)設(shè)備架構(gòu)正在取代原來(lái)的TDM基礎(chǔ)設(shè)施。這意味著機(jī)櫃中的數(shù)據(jù)頻寬要求正從10和100Mbps提高到Gb或Tb等級(jí)。Compact PCI中的PCI匯流排無(wú)法提供足的頻寬，即使採(cǎi)用Gb速率的PICMG 2.16背板，也無(wú)法支援一個(gè)雙Gb乙太網(wǎng)路板。此外，隨著頻寬的提升，也需要更多電路板空間與功率來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
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圖1：MPC8548 AMC參考設(shè)計(jì)卡。 |
而ATCA標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了機(jī)架尺寸、功率和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等，另外還納入了電信產(chǎn)業(yè)的特殊要求，包括適合需要大量處理功能的高密度應(yīng)用，如無(wú)線和語(yǔ)音應(yīng)用、有線數(shù)據(jù)及線速最高達(dá)10Gbps的光傳輸應(yīng)用。
為滿足這些應(yīng)用需求，PICMG 3.x ATCA技術(shù)規(guī)格定義了支援多種拓樸配置和互連技術(shù)的背板架構(gòu)，包括Gb乙太網(wǎng)路和串列RapidIO介面。高速率交換矩陣技術(shù)能在單一機(jī)架上實(shí)現(xiàn)2.5Tbps的交換和處理速率。ATCA還包含管理整個(gè)平臺(tái)的基本機(jī)制。這是一種演進(jìn)過(guò)程，為設(shè)備製造商提供了建構(gòu)新型增值業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)平臺(tái)。
ATCA目標(biāo)應(yīng)用及前景
隨著網(wǎng)路泡沫破滅和隨後電信業(yè)發(fā)展速度的減緩，許多OEM和ODM解聘了大量工程人員。現(xiàn)在，隨著通訊市場(chǎng)的逐步復(fù)甦，上市時(shí)間成為重要的成功因素。採(cǎi)用標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)能協(xié)助公司迅速開發(fā)解決方案，將更多時(shí)間用於真正的增值業(yè)務(wù)(如軟體服務(wù))，在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
ATCA的目標(biāo)是無(wú)線接取、無(wú)線EDGE、有線接取和核心傳輸市場(chǎng)。顯然，它首先很可能會(huì)在2/2.5/3G無(wú)線基礎(chǔ)架構(gòu)市場(chǎng)上取得成功，如基地臺(tái)控制器(BSC)、無(wú)線網(wǎng)路控制器(RNC)、服務(wù)GPRS支援節(jié)點(diǎn)(SGSN)、網(wǎng)路閘道GPRS支援節(jié)點(diǎn)(GGSN)、媒體網(wǎng)路閘道(MGW)和行動(dòng)交換中心(MSC)等。
據(jù)Crystal Cube Consulting(CCC)預(yù)估，到2009年底，AMC的市場(chǎng)交易額將達(dá)到140億美元，ATCA市場(chǎng)交易額將達(dá)到420億美元；而In-Stat/MDR也估計(jì)ATCA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)櫃的收入預(yù)計(jì)將達(dá)到184億美元。
而在支援ATCA標(biāo)準(zhǔn)的模組卡方面，目前整個(gè)產(chǎn)業(yè)正從PCI夾層卡(PCI Mezzanine Card，PMC)和交換夾層卡(Switched Mezzanine Card，XMC)轉(zhuǎn)向高階夾層卡AMC(Advanced Mezzanine Card)，主要是因?yàn)锳MC支援熱插拔，使得AMC能夠提供具有編程功能的現(xiàn)場(chǎng)可替換模組，為服務(wù)人員帶來(lái)極大的靈活性，並協(xié)助廠商降低資本支出。
業(yè)界新提議的MicroTCA平臺(tái)允許在1個(gè)機(jī)架中最多使用12個(gè)AMC，而不需要ATCA承載卡，為這些標(biāo)準(zhǔn)模組創(chuàng)造了更多商機(jī)。MicroTCA被視為ATCA的補(bǔ)充，它將為電信以外的市場(chǎng)提供成本更低的路由，特別是專用板卡領(lǐng)域，如軍事、醫(yī)藥和工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)中的高性能嵌入式應(yīng)用。透過(guò)增強(qiáng)AMC和MicroTCA的市場(chǎng)支援和普及力度，更大的業(yè)務(wù)量將為提供標(biāo)準(zhǔn)板卡的公司帶來(lái)新的機(jī)會(huì)，這反過(guò)來(lái)又將協(xié)助終端客戶降低每個(gè)模組化建構(gòu)區(qū)塊的成本。
ATCA和AMC帶來(lái)的挑戰(zhàn)
ATCA和AMC技術(shù)規(guī)格的推出為板卡設(shè)計(jì)人員提出了一系列新的挑戰(zhàn)。過(guò)去，板卡設(shè)計(jì)人員只需考慮匯流排負(fù)載、高速設(shè)計(jì)和功率管理等問(wèn)題。現(xiàn)在，他們還必須考慮板卡所需的空間和散熱性能，確保它們能與ATCA子系統(tǒng)無(wú)縫整合。這就迫使設(shè)計(jì)人員從電子工程師變成系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家。
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圖2：ATCA參考平臺(tái)。 |
兩種技術(shù)規(guī)格都為板卡設(shè)計(jì)人員定義了包含獨(dú)特設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的新環(huán)境。其中最重要的兩個(gè)限制是板卡尺寸和散熱問(wèn)題。
1. 板卡尺寸
儘管AMC有時(shí)被誤認(rèn)為是PMC卡，但它為板卡設(shè)計(jì)人員提供了比PMC卡更大的表面積。AMC技術(shù)規(guī)格允許兩種不同的PCB尺寸，其中單寬卡尺寸約75mm × 180mm，雙寬卡約149mm × 180mm。在載體密度方面，標(biāo)準(zhǔn)8U載體能容納4個(gè)單寬卡，2個(gè)雙寬卡或1個(gè)雙寬卡和2個(gè)單寬卡(假設(shè)卡為全高。如果是半高卡，數(shù)量就會(huì)增加)。
選擇何種板卡尺寸顯然取決於特定應(yīng)用所需的矽晶片數(shù)量。但是，矽晶片數(shù)量不是選擇設(shè)備尺寸的唯一考慮因素。雙寬PCB不僅意味著可用空間能夠增加一倍，還意味著可在前面板上提供I/O所需的額外空間。儘管一個(gè)板卡上要求的矽晶片數(shù)量允許設(shè)計(jì)人員將此卡縮小為單寬AMC，但I(xiàn)/O可能會(huì)要求使用雙寬卡。例如，使用單寬卡時(shí)，前面板上可能只有3個(gè)RJ45接頭(記住：LED和把手開關(guān)也要佔(zhàn)用空間)。根據(jù)板卡的I/O，這可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因而迫使設(shè)計(jì)人員使用雙寬卡。
人們已經(jīng)開發(fā)出高度整合的處理器(包括整合的記憶體控制器、串列RapidIO和PCI Express SERDES模組)，大幅降低了對(duì)橋接晶片和週邊設(shè)備的要求。但即使如此，仍需注意板卡空間問(wèn)題。
同時(shí)，ATCA技術(shù)規(guī)格還為板卡設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了嚴(yán)格限制。乍看之下，技術(shù)規(guī)格提供的大板卡尺寸可提供放置組件的足夠空間。但是，嚴(yán)格的‘預(yù)留空間’(為了支援AMC卡的添加、滿足電源要求、支援背板互連)限制也大幅縮小了載體上的可用空間。
2. 散熱問(wèn)題
儘管技術(shù)規(guī)格為單寬AMC卡規(guī)定了60W的功率預(yù)算，但設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，在有限的可用空間內(nèi)要有效散熱非常困難。人們普遍認(rèn)為，大多數(shù)AMC將安裝在ATCA機(jī)架上，其中提供的標(biāo)稱氣流為1m/s。但應(yīng)該記住，在由4個(gè)卡組成的載體上，最後1個(gè)AMC卡只能用前面3個(gè)卡排出的暖氣流進(jìn)行冷卻。設(shè)計(jì)人員希望將散熱保持在最低水準(zhǔn)。這時(shí)，整合的低功率處理器非常有用，但可能還需要使用某種吸熱裝置。
ATCA載體卡的預(yù)算功率目前規(guī)定為200W。當(dāng)然，我們還應(yīng)特別注意載體上最終使用的AMC卡。例如，如果增加2個(gè)額定功率為60W的AMC卡，載體其餘部份就只有80W的預(yù)算功率了。與過(guò)去相同，儘管我們完全可以在這個(gè)功率預(yù)算內(nèi)完成設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)法大幅降低功率。
對(duì)矽晶片設(shè)計(jì)的影響
ATCA和AMC對(duì)高度整合的低功率設(shè)備的要求已對(duì)元件供應(yīng)廠商產(chǎn)生了重要影響，並且已經(jīng)明顯影響到它們產(chǎn)品的定義。以飛思卡爾包含PowerPC核心的的MPC8548處理器為例，該晶片的許多設(shè)計(jì)特徵使其非常適合此類環(huán)境。
MPC8548是一種高度整合的處理器，合成了許多建構(gòu)完整系統(tǒng)所需的晶片功能。如使用板上DDR1/2控制器後就不再需要外部橋接晶片。該晶片以板上串列RapidIO、PCI Express和Gb乙太網(wǎng)路模組的形式在板上整合了一個(gè)寬管。這不僅可以降低對(duì)外部晶片的需求(因而減少板卡佔(zhàn)用的空間)，還可以消除使用橋接/週邊設(shè)備晶片時(shí)可能出現(xiàn)的系統(tǒng)瓶頸。這些板上模組具有內(nèi)建DAM引擎，使數(shù)據(jù)無(wú)需任何主CPU交互就能快速傳輸?shù)娇ǖ闹饔洃涹w中。
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圖3：多標(biāo)準(zhǔn)訊息通道卡參考設(shè)計(jì)。 |
當(dāng)然，矽晶片只是設(shè)計(jì)一部份。為了加速產(chǎn)品上市，客戶普遍求助於矽晶片製造商，希望獲得參考設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)既可以是一種實(shí)體板，也可以是詳細(xì)的可靠設(shè)計(jì)。客戶可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的產(chǎn)品。
以飛思卡爾的MPC8548 AMC為例，這套參考設(shè)計(jì)是基於MPC8548 PowerPC處理器的一種高階夾層卡。如圖1所示，此卡是單寬、全高AMC卡，符合AMC.4技術(shù)規(guī)格。也就是說(shuō)，它採(cǎi)用的光纖互連介面是串列RapidIO。除2個(gè)×4串列RapidIO互連外，此卡還透過(guò)3個(gè)Gb乙太網(wǎng)路SERDES介面連接到背板。第4個(gè)Gb乙太網(wǎng)路介面透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RJ45接頭從前板的外部提供。
該處理器的最高工作頻率為1.5GHz。它既可以從自己的板載ROM(16MB非揮發(fā)性快閃記憶體)上啟動(dòng)，也可以配置為從串列RapidIO上啟動(dòng)。後一種方案主要用於主/從配置。編程空間由符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SODIMM(小型雙面記憶體模組)提供。該模組提供2個(gè)1GB的DDR型記憶體，能以533MHz的速率傳輸數(shù)據(jù)。一個(gè)小型D接頭為用戶提供到前面板外部的串列埠。插入到ATCA機(jī)櫃時(shí)，該卡可以作為大型系統(tǒng)的一部份執(zhí)行，或者遠(yuǎn)離標(biāo)準(zhǔn)電源獨(dú)立執(zhí)行。
圖2所示的是另一種ATCA參考平臺(tái)，這是一種ATCA承載板卡。該平臺(tái)最多能夠裝載4個(gè)AMC卡或3個(gè)AMC卡外加1個(gè)封包電話夾層卡(PTMC，Packet Telephony Mezzanine Card)。該卡上的連接是透過(guò)串列RapidIO交換機(jī)設(shè)立的。此外，AMC卡也可以透過(guò)Gb乙太網(wǎng)路連接。
圖3顯示的是多標(biāo)準(zhǔn)訊息通道卡，該卡是用來(lái)快速開發(fā)訊息通道卡功能的開發(fā)卡，符合不同空中介面標(biāo)準(zhǔn)，包括但不限於802.16和WCDMA標(biāo)準(zhǔn)。
這種訊息通道卡是根據(jù)雙寬度AMC、全高度AMC.4技術(shù)規(guī)格設(shè)計(jì)。因此，既可以用於獨(dú)立模式，也可以插入到整合的ATCA或MicroTCA環(huán)境中。如此訊息通道卡就可作為基地臺(tái)系統(tǒng)解決方案的訊息通道卡模組或超微細(xì)胞基地臺(tái)的獨(dú)立平臺(tái)。