Design-Spielräume von MicroTCA eröffnen Möglichkeiten für kostengünstige industrielle Systeme AdvancedMC-Systeme – ein guter Wurf

CompactPCI und VMEbus – die heute etablierten, modularen industriellen Computersysteme – stammen aus dem letzten Jahrhundert und aus der Ära der parallelen Busse.

Design-Spielräume von MicroTCA eröffnen Möglichkeiten für kostengünstige industrielle Systeme

CompactPCI und VMEbus – die heute etablierten, modularen industriellen Computersysteme – stammen aus dem letzten Jahrhundert und aus der Ära der parallelen Busse. Doch auch für die neuen, seriellen Verbindungen zeichnet sich ein brauchbarer Nachfolger ab: das aus AMCKarten gebildete MicroTCA. Der aus der Telekommunikation kommende Standard bietet Freiheitsgrade im Design, die man nutzen sollte, um ein günstiges industrielles Computersystem zu bauen.

Innerhalb kurzer Zeit hat sich ein großes Angebot an Advanced Mezzanine Karten (AMCs) entwickelt. Nach dem MicroTCA-Standard lassen sich aus diesen Modulen Systeme realisieren, deren Anwendung keineswegs auf die Telekommunikation beschränkt ist. AMCs bieten ideale Voraussetzungen zur Realisierung von Multi-Prozessorsystemen auch im industriellen Umfeld. Allerdings wurde bei MicroTCA ein sehr hoher Aufwand für die in der Telekommunikation geforderten Redundanzfunktionen getrieben. In der industriellen Anwendung dagegen können durch Verzicht auf hier nicht nötige Komponenten erhebliche Kosten gespart werden.

AMCs (Advanced Mezzanine Cards) sind ursprünglich Aufsteckkarten, die für AdvancedTCA (ATCA) entwickelt wurden, ein Industriestandard der PICMG. Recht bald erkannte man jedoch, dass AMC-Karten statt auf dem AdvancedTCA-Träger auch „solo“ an einer eigenen Backplane betrieben, ein sinnvolles und kompaktes Rechnersystem ergeben. Das war die Geburtsstunde von MicroTCA. Der Unterschied zu CompactPCI besteht aus technischer Sicht in folgenden Merkmalen:

  • Verwendung serieller Schnittstellen in der Backplane anstelle des traditionellen Parallelbusses für unterschiedliche Transportsysteme (z.B. Ethernet, PCI-Express, SAS, Serial Rapid I/O),
  • systematischer Betrieb aller Hardware-Komponenten durch IPMI (Intelligent Platform Management Interface).

Die Basisspezifikationen (PICMG 3.0, AMC.0) legen die Grundlagen fest, d.h. Mechanik, IPMI sowie verschiedene Topologien und die physikalischen Eigenschaften der Leitungen. Unterspezifikationen legen fest, wie sich spezielle Transportsysteme nutzen lassen: AMC.1 für PCI-Express, AMC.2 für Gigabit Ethernet, AMC.3 für Speichermedien, AMC.4 für Serial Rapid I/O. Auf diese Weise bleibt der Standard offen für künftige Erweiterungen. Zwei Leitungspaare (ein Paar in Senderichtung, eines in Empfangsrichtung) werden zu einem AMC-Port zusammengefasst. In einem Chassis dürfen mehrere Protokolle gleichzeitig eingesetzt werden. Die Kompatibilität wird durch elektronisches Keying geprüft, wodurch Beschädigungen verhindert werden, wenn versehentlich ein Board auf einen falschen Platz eingesteckt werden sollte. Die Spezialisierung eines Systems erfolgt erst bei der Konfiguration.

Für AMC-Systeme gibt es einen weiteren Standard: MicroTCA.0. MicroTCA beschreibt den Einsatz von bis zu 12 AMCs in einem System zusammen mit den Funktionen Shelf Management, Power Management und Switch. Die AMCs bleiben dabei unverändert. Die zusätzlichen Funktionen werden in spezifische Komponenten für MicroTCA verlagert, den MCH (MicroTCA Carrier Hub) und in die „Power Modules“.

Einsatzgebiete auch außerhalb der Telekommunikation

Als Standards aus der Telekommunikation gelten die Spezifikationen für AMCs und MicroTCA als sehr stabil und stellen eine zuverlässige und dauerhafte Basis für Systeme dar. Die Einsatzgebiete gehen jedoch weit über die traditionellen Anwendungen der Telekommunikation hinaus und lassen sich in drei Bereiche gliedern:

  • Kommunikationsanwendungen (Nebenstellenanlagen, Basisstationen und Basisstationen für den Mobilfunk, Kommunikationssysteme für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben wie Tetra),
  • Signalverarbeitung und Kommunikation im militärischen Bereich sowie in der Luftfahrt,
  • industrielle Anwendungen mit hoher Rechenleistung (Bildverarbeitung, Steuerung, medizinische Diagnostik).

Systemaufbau aus verschiedenen Perspektiven

Die Standards für AMCs und Micro-TCA sind im Unterschied zu traditionellen Bussystemen wie VMEbus oder CompactPCI flexibler und lassen mehr Freiheitsgrade für den Systemaufbau. PCI in der seriellen Variante PCI-Express ist eine von mehreren möglichen Verbindungen im System. Aus der Perspektive eines AMC gibt es mehrere Sichten auf das System (Bild 1).