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探讨AdvancedTCA技术应用于嵌入式系统设计的关键优势新日

发布时间:2020-01-15 11:28:37 阅读: 来源:橡塑铝箔厂家

前言

从工业领域到各式应用,对技术的演进以及更高带宽永不休止的渴望,正不断将现有标准推向极限。最新的处理器拥有更快的执行速度并整合了更多功能,因此需要更大功率、更有效率的冷却设计,以及更大的电路板尺寸。Gb以太网络、3G/WiMAX移动通信,以及无线网络系统和三重或多重播放网络服务的部署,让企业局域网络带宽呈现爆炸性成长,而这些都刺激了对更大数据流量的服务需求。

高度可用性(HA)是当前工业与所有应用的另一项要素。对系统正常执行时间而言,当这些系统被用来部署具备附加价值的服务或基于传输的关键服务时,停机的时间就造成损失,因此,对于维持系统服务的正常运作时间来说,达到五个九(five-nines,约99.999%)的计量值(metric)是有必要的。今天,许多的HA系统都是供货商专有的设计。有相当大程度的工程投资,都集中在每次必须进行技术升级时,必须从头开始开发系统。显然,目前的趋势是无论是否可能,都必须采用能够客制化的开放标准技术。然而,降低毛利、增加技术成本、加速硬件淘汰,以及高度的竞争,都为标准模型带来更大的压力。

先进电信运算架构(ATCA),又称为PICMG 3.0,是一种全新的开放规格,为高性能新一代电信与数据传输应用定义了一个通用平台。ATCA标准的目标是提供一个开放式平台标准,以满足电信基础设施设备在下一个10年内的需求。过去15个月以来,已经有超过100家公司与平均超过11,000工时的人力(person-hours)投入ATCA规格的开发工作。

与前一代标准CompactPCI (PICMG 2.0)相较,ATCA提供了更大带宽、更良好的功率与冷却能力、节省更多电路板面积、整合了基底层系统管理功能,同时也移除了可能导致单点失效的并行总线。表1列出了更多两代标准的比较。

ATCA的关键优势包括更快的上市时间,以及更低的整体开发成本。这种规格是以模块化的概念来定义,从硅芯片解决方案、电路板、机壳、中介软件、操作系统、应用软件与其它方面提供了各式各式的建构模块分类。由于这些符合标准的建构模块能让业者以较低成本进入市场、降低投资成本、实现更有效的存货管理,以及在提供极具成本效益产品的同时,也能专注于具备更高附加价值的差异化服务,从而为设备制造商带来更多利益。

IP多媒体子系统

ATCA标准应用可带来利益的一个范例是IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,IMS),这是一种标准化、基于IP的架构,可融合固定与行动通讯装置、多种网络型态,以及多媒体应用等。未来,基于IMS的应用将在会话(call session)功能中无缝地结合语音、文字、影像与视讯,为用户提供更容易使用的方法,让服务供货商通过共通的接口传递内容,还能同时降低营运成本。

为了让用户在市场上获得这些服务,网络设备供货商(NEP)需要一个能在单一实体平台中结合多种IMS,同时可灵活扩展的计算机平台。而ATCA的外形尺寸就相当适合IMS应用,因为事实上,所有的ATCA刀锋背板都能通过封包交换结构,与其它刀锋背板进行通讯。额外的机壳也能与重新进行最小配置的结构化交换器无缝地整合。其机箱通常由多种现成的商用化(commercial off-the-shelf,COTS)CPU刀锋背板、特定用途(Purpose-built) 刀锋背板,以及信号处理器刀锋背板所组成。处理器主要用于执行应用程序服务,如语音辨识器、文字转语音处理、网页服务,以及高可用性的RAID储存等。特定用途的ATCA刀锋背板通常用于语音编译码、视讯转码转换器、回音消除,以及具备QoS能力的高容量网络连接(IPv6)。

高端联机(in-line)网络安全系统

传统的网络安全解决方案是以检验防火墙,让网络远离病毒、蠕虫、黑客软件与垃圾邮件等内容式(content-based)攻击为基础。因特网服务供货商与电信业者迫切需要提供更先进的安全服务,以便在数量与复杂度均日益增加的内容式攻击中,为客户提供更多保护。虽然目前一些安全解决方案已经能部署在企业应用中,但仅有少数具备可处理电信级客户,或是企业级核心网络对性能需求的规模。

ATCA平台为高端与联机(in-line)网络安全系统提供了强大且极具弹性的解决方案。每个刀锋背板200W的功率,以及有效的冷却设计,都为最新的双核心服务器等级处理器提供了足够的余裕,为大量的内容过滤算法释放了更多运算功率。这种在计算机与交换器刀锋背板间的高速结构型封包流量传输完全不会使联机速率下降。ATCA的机壳可容许多达14个插槽,将运算密度提升至最高等级,并最佳化空间配置。

高端视觉平台

机器视觉设备供货商不断寻求更高性能的计算机,这些计算机必须具备能执行复杂影像处理算法的能力,而且必须具备成本效益与加快上市进程等特性。自动化光学检测(AOI)应用通常需要更高分辨率的影像、显示、储存、实时可视化与资料处埋等能力,但这将耗费掉所有可用的运算功率。目前,针对AOI应用的通用配置,是一台搭载两个核心处理器与一片PCI-X或PCI Express影像采集卡的服务器级计算机。然而,当需要使用多台镜头时,要实现一个有效的AOI系统,就需要许多台服务器。这些服务器占用了相当大的空间,并带来了相当多的管理与维护工作,特别是管理系统间的数据交换。

在高端视觉平台中运用ATCA设备,不仅可大幅节省空间,而且还有助于降低计算机间的大型缆线网格网络与互连情况。ATCA刀锋背板可实现热抽换,因此保证能移除任何不需使用的背板,而且完全无需关闭整个系统。一款安装了最先进双Camera-Link 64位/66MHz PMC模块的双处理器ATCA刀锋背板,可处理两台高分辨率相机。而一款5插槽的网状(fully meshed)机箱ATCA,则可支持高达10台的更高吞吐率镜头,如此一来,可将5款独立高端服务器整合到单一5U的机架固定式(rackmount)系统。

运用ATCA设计嵌入式应用

ATCA是需要高性能运算能力,而且采用多片运算背板构建嵌入式应用的理想解决方案,ATCA标准具有许多与传统嵌入式计算机平台不同的特性。

一般来说,基于ATCA平台的嵌入式应用设计,都必须具备支持48VDC电源输入规格能力。这种电源必须协助将电源效率最大化,并使其更容易构建热抽换电源供应器电路。然而,48VDC电源供应并不是电信应用的通用外部电源。

对设备管理员来说,机架管理控制器(ShMC)是能否远程管理ATCA机架或刀锋背板的一项关键功能,目前这项功能已普遍地应用于ATCA平台中。许多ATCA机箱甚至可支持双冗余ShMC。然而,对嵌入式应用而言,若不需要ShMC功能,则所需的系统也许必须设计为不带ShMC支持能力,以降低ATCA平台的拥有成本。

许多ATCA机箱都是针对电信应用所开发,它们通常必须尽可能地支持许多刀锋背板与交换器。而嵌入式应用也许仅需要一个或两个插槽,但这类ATCA机箱目前尚未就绪。

结论

ATCA规格最初是针对电信应用所定义的。然而,随着越来越多的通信应用开始采用ATCA进行部署,这项标准的一些优势也迅速被发掘,如容错(fault tolerance)、冗余、易于在计算机背板间实现互连,以及更高的通信带宽等,这些优势使ATCA相当适合网络安全与视觉成像等相关的嵌入式应用系统。

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