Open Hardware
Brückenbau für VME-Bus
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Weiter mit: Die neue FPGA-Logik
Die VME-Blocktransfers werden von einer integrierten Direct Memory Access (DMA)-Engine ausgeführt. Dabei werden die Datenblöcke zwischen dem Systemspeicher und dem VME-Bus unter Umgehung der CPU übertragen. Zusätzlich ist es auch möglich, DMA mit Einzelzyklen zu verwenden, was besonders für angebundene VME-Karten nützlich ist, die den Blocktransfer-Zugriffsmodus nicht unterstützen. Dies ist im Allgemeinen eine schnellere und bessere Möglichkeit für den Austausch mehrerer Datenblöcke, da die CPU so ihren normalen Betrieb fortsetzen kann, bis die DMA-Engine ihre programmierte Aufgabe abgearbeitet hat.
Die Bridge unterstützt auch einige Funktionen, die in den VME64x-Erweiterungen hinzugefügt wurden. So kann sie beispielsweise auch die geografischen Adresspins verwenden und eine spezielle Art von A24-Zugriff generieren. Dieser ermöglicht es, den CR/CSR-Konfigurationsspeicher der VME-Slaves des eigenen Crates auszulesen und auch in ihn zu schreiben. Aktuell werden zwar die schnelleren Übertragungsmodi 2eVME, 2eSST nicht unterstützt; sie können bei
steigenden Performance-Ansprüchen allerdings leicht integriert werden. Die Umsetzung wird bereits evaluiert. Darüber hinaus kann das implementierte VME-Bus-Modul sowohl als VME-Master als auch als VME-Slave fungieren.
Damit kann es nicht nur auf VME-Single-Board-Computern, die als Master betrieben werden, eingesetzt werden, sondern auch auf I/O- und anderen Peripherie-Boards, die als Slaves angebunden sind. In Anwendung auf einem VME-Board wird nur die VME-Master-Funktionalität genutzt. Dabei belegt das gesamte Bridging-Design aktuell nur etwa 30 Prozent des Intel Cyclone FPGAs, sodass noch genügend Platz zur Verfügung steht, um zusätzliche neue Features zu implementieren, wie die oben genannten 2eVME- und 2eSST-Transfers.
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Garantierte Langzeitverfügbarkeit
Mit der Veröffentlichung der Spezifikation und der Auslieferung der ersten Boards mit dieser neuen FPGA-basierten PCIe-zu-VME64-Bridge hat MEN Mikro Elektronik einen wichtigen Meilenstein für die Langzeitverfügbarkeit von VME-Designs und neben seiner VME-CPU-Board-Kompetenz auch eine hohe FPGA-Expertise für standardisierte Embedded-Computer-Technologie unter Beweis gestellt.
Dieses Know-how stellt das Unternehmen bei Bedarf auch interessierten OEM-Kunden zur Verfügung, um beispielsweise Standardprotokolle individuell anzupassen und damit das eigene Know-how zu schützen oder um Investments in abgekündigte Technologien zu schützen, also um Lösungen zu schaffen, die mit dem Fall der PCI-zu-VME-Bridge vergleichbar sind.
Zudem bietet MEN auch weitere Off-the-Shelf-FPGA-Lösungen an, wie
beispielsweise PCIe-zu-PCI- oder PCIe-zu-ISA-Bridges. Auch FPGA-Bridges zu externen Schnittstellen und Bussystemen wie Anybus oder auch komplette Controller für UART, CAN-Bus oder Touchscreens auf SPI-Basis sind verfügbar. OEM-Kunden profitieren bei FPGAs vor allem von einer extrem kosteneffizienten Variantenbildung. Ein einziges CPU-Board-Design kann so für ganz unterschiedliche Applikationen genutzt werden. Selbst bei kleinen Losgrößen lassen sich deutlich mehr Anwendungsfälle bedienen, wie beispielsweise Systemlösungen mit unterschiedlichen Feldbussen oder Industrial-Ethernet-Varianten. Weitere Anwendungsbereiche für FPGAs sind Lösungen mit Migrationsanforderungen, beispielsweise in der Bahntechnik oder im Bereich Aeronautik. Der OEM kann dann eine einzige Hardware-Plattform in allen Lösungsvarianten einsetzen, was sowohl den Service als auch die Dokumentation und Zertifizierung deutlich erleichtert.
Das erste Board mit der neuen Bridge
Das erste Board, das mit dem neuen FPGA-Bridge zum VME-Bus bestückt ist, ist das A25 von MEN Mikro Elektronik, das unter anderem im CERN zum Einsatz kommt (Bild 3). Es ist mit Intels Xeon-D-1519-Server-CPU bestückt und verbindet zusammen mit dem neuen FPGA eine hohe Kosteneffizienz mit einem reichhaltigen Feature Set. Darüber hinaus sorgt die A25 auch für eine Reduzierung der Systemgröße, einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ohne Lüfterkühlung und bietet zahlreiche Computing-Funktionen bereits onboard.
Mit zwei USB-3.0-Ports, bis zu drei Gigabit-Ethernet-Ports und zwei RS232-COMs an der Vorderseite bietet das Board die entscheidenden Merkmale vielseitiger Industriecomputer. Mit ECC-Arbeitsspeicher erfüllt es die Spezifikationen für viele sicherheitskritische Einsatzgebiete. Ein Steckplatz für eine XMC/PMC-Mezzanine-Karte und eine PCI-Express-Mini-Karte sorgen dafür, dass zusätzliche I/Os (XMC/PMC) oder Funktionen wie Grafik, Massenspeicher oder zusätzliche Ethernet-Ports ergänzt werden können. Der PMC-Steckplatz unterstützt dabei Module bis zu 64 bit/133 MHz PCI-X, während der XMC-Steckplatz über einen PCI-Express-x8-Link angebunden ist. Die A25 unterstützt den Betrieb im erweiterten Temperaturbereich von –40 °C bis +60 °C. Das robuste Board widersteht auch schweren Erschütterungen und Vibrationen, da alle Komponenten aufgelötet sind, was eine wichtige Voraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer ist.
Der Autor
Thomas Schnürer ist Consultant für Software im Bereich Product Management bei MEN Mikro Elektronik und unterstützt Kunden bei Fragen zu Hard- und Software. Schnürer studierte Elektro- und Feinwerktechnik an der Technischen Hochschule Georg Simon Ohm und war zuvor viele Jahre als Entwickler und Teamleiter für hardwarenahe Software (Bootloader, Firmware) sowie Treiber und Board Support Packages für Linux und VxWorks tätig.
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