Открыть главное меню

Крейтовой системой, а также магистрально-модульной системой называют тип стандартизированной радиоэлектронной системы, включающий в себя реализацию не только электрических, но и конструкционно-механических стандартов, которые определяют установку унифицированных модулей в специализированное механическое шасси, крейт.

Современные версии стандартов крейтовых систем включают в себя стандартизацию электропитания и заземления, разъёмов и соединителей, формфакторов и габаритов плат, модулей и шкафов. Также они могут включать в себя стандартизацию конструктивов систем охлаждения, в том числе жидкостного и программных интерфейсов.

Исторически крейтовые системы начали широко применяться на установках, связанных с экспериментальной физикой высоких частиц. Они оказались достаточно удобными и выгодными в эксплуатации и их использование постепенно распространилось на другие приложения науки, а также в сферу промышленности, медицины, авиации, космоса и обороны.

Содержание

КрейтПравить

Крейт (англ. crate), субрэк (subrack), корзина (bin) — элемент конструктива, выглядящий как блок, предназначенный для установки стандартизированных плат расширения (модулей). Как правило, крейт содержит шину питания и заземления, в большинстве систем также одну или нескольких коммуникационных шин, предназначенных для информационного обмена между модулями. Сам крейт сконструирован таким образом, чтобы его можно было установить в шкаф или стойку для оборудования или вытащить оттуда как единое целое.

Магистрально-модульная шинаПравить

Первоначальные разработки крейтовых систем были начаты в тот период, когда среди ряда инженеров было распространено мнение о целесообразности унификации способов и протоколов передачи данных между всеми компонентами и уровнями компьютерных систем — от оперативной памяти и процессоров до всех видов периферии. Это привело к настойчивым попыткам интегрировать данный подход в крейтовые системы.

Подобный подход к реализации шины был назван магистрально-модульным, так как такая шина обеспечивала реализацию универсальной «информационной магистрали» между отдельными модулями вычислительной системы.

Примером реализации подобной идеи (разной степени успешности) стали стандарты компьютерных шин FASTBUS, VMEbus, Futurebus и SCI. Практика, тем не менее, показала, что подобный подход не вполне целесообразен. Технологический разрыв между наиболее быстрыми (оперативная память, процессор) и более медленными, периферийными, компонентами компьютерных систем не исчезает по мере развития вычислительной техники и реализация унифицированных интерфейсов оказывается слишком дорогой и медленной по сравнению со специализированными. Поэтому, уже длительное время в стандартах крейтовых систем индустрия перешла к параллельному определению нескольких шин для разных целей, например в стандартах VMEbus International Trade Association для модулей и объединительных панелей, наряду с шиной VMEbus определены способы реализации для шин Ethernet, RapidIO, Infiniband и ряда других.

Тем не менее, тесная связь между магистрально-модульными шинами и крейтовыми системами привела к тому, что термины крейтовая система и магистрально-модульная система стали считаться почти синонимичными. В общем случае это не так. Можно привести примеры крейтовых систем, не являющихся магистрально модульными (для NIM, например, не определено вообще никакого протокола передачи данных, а системы Multibus вместо универсальной шины на все случае жизни используют несколько специализированных, хотя и увязанных в один стандарт) и магистрально-модульных систем, не являющихся крейтовыми (некоторые узкоспециализированные стандарты для бортовой аппаратуры летательных аппаратов). Однако, в большинстве ситуаций, эти понятия можно считать совпадающими.

Стандарты крейтовых системПравить

Постольку, поскольку стандарты крейтовых систем развивались эволюционно, между ними имеется большая степень схожести и, в ряде случаев, обеспечивается частичная совместимость модулей. Большая часть крейтовых систем в своей габаритно-механической части базируется на 19-дюймовом конструктиве Евромеханика (англ. Eurocard — «Европейская плата»), он же «Евроконструктив». Эта группа стандартов также оформлена в виде серии документов IEEE 1101.1.[1]

Метрические варианты крейтовых систем существуют, но получили существенно меньшее распространение.

Наряду со публично стандартизированными вариантами крейтовых систем, существует ряд частных систем, представленных различными производителями оборудования.

NIMПравить

Разработанный в 1964 году Комиссией по атомной энергии США стандарт NIM (Nuclear Instrumentation Module)[2][3] стал первым и наиболее простым стандартом крейтовых систем. Крейты NIM имеют стандартизированные модули питания и достаточно примитивное управление, но не связаны шиной передачи данных и не могут заменяться без электрического выключения системы.

КАМАКПравить

Более поздний стандарт КАМАК был разработан Европейским комитетом по cтандартам в ядерной электронике (ESONE)[4]. В 1972 году он был утверждён в качестве стандарта EUR 4100[5].

В отличие от NIM, стандарт КАМАК определяет низкоскоростной протокол управления, который позволяет устанавливать и считывать значения регистров в модулях.

FASTBUSПравить

Стандарт FASTBUS[6] был разработан позже, чем NIM и КАМАК и ориентирован на высокоскоростной сбор данных с параллельно работающих модулей[7]. Модули FASTBUS, как правило, выполняются с разъёмами для подключения источников входных данных на фронтальной панели. Сохраняемые данные передаются по шине через объединительную панель.

VMEbus и производные: VXI, VPX/OpenVPXПравить

 
Крейт VME64. Слева направо — модуль АЦП, модуль конверсии сигнала и процессорный модуль

Стандарт VME (VMEbus) был первоначально разработан в качестве шины расширения процессора Motorola 68000, но, достаточно быстро он был раширен и дополнен спецификациями, относящимися к механической части плат, став стандартом крейтовой системы.

Основной стандарт VME определяет 3 типоразмера карт, вставляемых в крейты VME:

  • 3U x160mm с одним разъёмом подключения (тип J1) к объединительной панели и 24/16-битным адресным пространством
  • 6U x 160mm с двумя разъёмами подключения (тип J1 и тип J2) к объединительной панели и 32-битным адресным пространством (этот типоразмер наиболее популярен)
  • большие карты 9U x 400mm с двумя разъёмами подключения (тип J1 и тип J2) к объединительной панели и 32-битным адресным пространством

Каждый из типоразмеров карт VME имеет 20.3mm ширины. В крейт VME, монтируемый в 19" шкаф может быть установлено до 21 таких карт[8].

Технологический стек VME получил большую популярность в индустрии. По этой причине рядом производителей были предложены производные варианты технологии, ориентированные на те или иные нишевые решения — VXI, VPX и OpenVPX.

FuturebusПравить

Этот стандарт, активно разрабатывавшийся в период с 1979 по 1994ые годы, являлся одной из первых попыток выпуска серии открытых и взаимно увязанных стандартов, широко покрывающих основные аспекты построения компьютерных систем общего назначения. Он определял как магистрально-модульную шину, так и ряд логических аспектов взаимодействия вычислительных систем. В механической части Futurebus опирался на крейты Евромеханика, ссылаясь на стандарт 1101—1987 IEEE Standard for Mechanical Core Specifications for Microcomputers Using IEC 603-2 Connectors и ряд связанных с ним документов. Futurebus использовался в некоторых миникомпьютерах DEC и системах специализированного назначения, разрабатывавшихся по заказу ВМФ США, но, в отличие от более удачного VMEbus, в качестве замены которого он позиционировался, Futurebus не удержался на рынке.

CompactPCI, PXI и их производныеПравить

AdvancedTCA/MicroTCAПравить

См. такжеПравить

СсылкиПравить

ПримечанияПравить

  1. Эйк Вольц (Eike Waltz), Rittal Corporation, руководитель проектов IEEE 1101.1, IEEE 1101.10 и IEEE 1101.11. Механические стандарты серии IEEE 1101.1 (Евроконструктив) | ООО "ПСБ технологии. Статья опубликована в журнале "Мир компьютерной автоматизации" http://www.mka.ru/. www.pcbtech.ru. Дата обращения 24 декабря 2018.
  2. Standard NIM Instrument Modules. AEC Report TID-20893 (англ.) (July 1974). Дата обращения 23 августа 2018.
  3. Development and current status of the standard nuclear instrument module (NIM) system, Louis Costrell, 1970 (англ.)
  4. Комитет ESONE (The European Studies On Norms for Electronics Committee)
  5. Письмо о приостановлении деятельности комитета
  6. AN INTRODUCTION TO FASTBUS. FNAL. Дата обращения 21 сентября 2013. Архивировано 23 сентября 2013 года.
  7. "FASTBUS" - A DESCRIPTION, A STATUS REPORT, AND A SUMMARY OF ONGOING PROJECTS. FNAL (1981). Дата обращения 22 августа 2018.
  8. Introduction to VME / VXI / VXS Standards. Phoenix Mecano Company