ЖУРНАЛ «СТА» 4/2018

CompactPCI, AdvancedTCA, MicroTCA, PCI, PXI. Взаимодействие между несущей пла- той и мезонинными модулями PMC и XMC основано на шинах PCI и PCI Express соответственно. С ТАНДАРТ МОДУЛЕЙ FMC Широкое распространение техноло- гии ПЛИС (программируемая логиче- ская интегральная схема), в частности FPGA (Field-Programmable Gate Array – программируемая пользователем вен- тильная матрица), только подтвердило правильность подхода, разделяющего компоненты встраиваемой вычисли- тельной системы на устройства вво- да/вывода и устройства математической обработки, и эволюционным путём привело к стандартизации модулей ввода/вывода. В 2008 году была завер- шена разработка кросс-платформенно- го стандарта ANSI/VITA 57.1 FPGA Mezzanine Card (FMC). Этот стандарт определил конструкцию модуля и фи- зический интерфейс модуля с несущей платой (тип разъёмного соединителя, набор сигналов, их физические харак- теристики и расположение на контак- тах соединителя). Протокол взаимодей- ствия модуля с несущей платой стан- дартом не ограничен ввиду многообра- зия возможных типов интерфейсов вво- да/вывода. Именно это и делает стан- дарт модулей FMC по-настоящему кросс-платформенным и применимым к любым несущим платам (рис. 1), в от- личие от PMC и XMC. Мезонинные модули FMC имеют форм-фактор с габаритными размера- ми 69 × 76,5 мм – одинарной ширины, либо 139 × 76,5 мм – двойной ширины (рис. 2). Модули стыкуются в качестве мезонинов со специальными несущими платами обработки данных, содержа- щими ПЛИС (FPGA). Стандарт опре- деляет два варианта разъёма для сты- ковки несущего и мезонинного моду- лей FMC, а именно: ● 160-контактный Low Pin Count (LPC) – 68 пользовательских сигна- лов (или 34 дифференциальные пары LVDS); ● 400-контактный High Pin Count (HPC) – 160 пользовательских сигна- лов (или 80 дифференциальных пар LVDS). Разъёмные соединители LPC и HPC pin-совместимы. Помимо дифференциальных пар LVDS, стандартом предусмотрены от- дельные последовательные высокоско- ростные трансиверные линии (trans- ceiver lanes) и линии тактирования для них, обеспечивающие пропускную спо- собность до 1 Гбит/с (в перспективе до 10 Гбит/с) для каждой (причём в HPC таких линий может быть до 10, а в LPC всего одна). С ПЕЦИФИКАЦИЯ FMC+ Для поддержки нового класса пре- образователей данных, использующих последовательный интерфейс JESD204B вместо параллельного LVDS, специфи- кация FMC была улучшена до FMC+. Данная версия, прописанная в VITA 57.4, увеличивает количество последо- вательных трансиверных линий с 10 до 24 через новую высокоскоростную вер- сию разъёма HPC с ещё четырьмя ряда- ми контактов (разъём HSPC). Новый разъём для FMC+ рассчитан на ско- рость передачи данных до 28 Гбит/с. VITA 57.5 дополнительно добавляет ещё восемь гигабитных трансиверных линий в модуль FMC+, увеличивая длину исходного модуля FMC на 12 мм для поддержки нового 40-контактного разъёма (HSPCe), как показано в ниж- нем правом углу на рис. 1. Это увеличи- вает общее количество полнодуплекс- ных гигабитных последовательных (трансиверных) линий до 32, что позво- ляет обеспечить максимальные скорости передачи входных/выходных данных. FMC, в отличие от PMC и XMC, не используют стандартные отраслевые ин- терфейсы, такие как PCI или PCIe. Вме- сто этого FMC-модуль имеет уникаль- ный набор линий управления и передачи данных, каждый из которых отличает- ся уровнем сигнала, количеством, раз- рядностью и скоростью. При тактовой частоте 1 ГГц 80 дифференциальных ли- ний передачи данных могут обеспечи- вать 10 Гбайт/c, хотя новая специфика- ция FMC+ удваивает эти значения. Первоначальная спецификация FMC задала проектную цель 10 Гбит/с для каждой из десяти трансиверных линий, обеспечивая максимальную совокупную скорость передачи данных 10 Гбайт/c. Новая спецификация FMC+ с пропуск- ной способностью 28 Гбит/с при мак- симальном количестве в 32 линии по- вышает эту совокупную максималь- ную скорость передачи данных до 90 Гбайт/c. П РЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ FMC На мезонинных модулях FMC нахо- дятся устройства ввода/вывода и пер- вичной обработки сигналов, такие как АЦП, ЦАП, DDC или интерфейсные приёмопередатчики. Исключение про- межуточных интерфейсных мостов поз- воляет довести до максимума пропуск- ную способность при передаче данных. Также технология FMC позволяет су- щественно упростить процесс проекти- рования встраиваемых систем и предо- ставляет разработчикам ряд важных преимуществ. ● Максимальная пропускная способ- ность – индивидуальная скорость передачи данных до 10 Гбит/с, с об- щей пропускной способностью до 100 Гбайт/с и более между мезони- ном и ПЛИС. ● Минимальная латентность благо- даря исключению промежуточных интерфейсных мостов, что также обеспечивает детерминизм доставки данных. ● Снижение сложности проектирова- ния – ввод-вывод подключается не- посредственно к FPGA, поэтому опыт работы с такими стандартными протоколами, как PCI, PCI Express или Serial RapidIO, не требуется. Под- держивается возможность непосред- ственного соединения между микро- схемами мезонина и ПЛИС несущего модуля, в том числе и через мультиги- габитные трансиверы. ● Минимальные системные затраты – упрощение проектирования системы снижает затраты на IP-ядра, умень- шает время разработки и снижает расходы на комплектующие изделия для готового продукта. П РИМЕНЕНИЕ МЕЗОНИННЫХ МОДУЛЕЙ FMC Область применения мезонинных модулей FMC чрезвычайно широка и включает системы связи, радиолока- ции, гидроакустики, обработки и рас- ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А СТА 4/2018 Рис. 2. Размеры модулей FMC Модуль двойной ширины Модуль одинарной ширины 139 мм 69 мм 76,5 мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 www.cta.ru