MicroTCA-先进的工业计算机测控系统解决方案_工控机

MicroTCA-先进的工业计算机测控系统解决方案

彭文进 2006/10/11

摘要：
　　PICMG倡导的ATCA，因为具有先进的性能、开放的架构和高度的模块化、标准化的结构，正在被越来越多的高性能计算机、通信设备制造商和运营服务商选定为新一代产品的最佳解决方案。PICMG最近发布的MicroTCA，充分采纳、沿用了ATCA 的各项优点，以更小的空间、更紧凑的结构，为下一代网络通信、工业计算机测控系统提供了更好的解决方案。本文将对MicroTCA的特点和在下一代工业计算机测控系统的应用方式进行具体的介绍。

　　关键词：ATCA，MicroTCA，High Performance Computer，Industrial Control and Measurement

　　MicroTCA-Advanced Solution for Industrial Computer and Measure-Control Equipment

DINTEK (Shanghai) Electronic Ltd., Witt Peng

Abstract: ATCA，promoted by PICMG，according its advanced performance, high level open standard and modular architecture, is acknowledged as the best solution of next generation products by the manufacture and service provider of high performance computer and future network. MicroTCA, issued by PICMG recently, realizing the advanced feature of ATCA in more compact space, will be the best solution of next generation Industrial Computer and Control Measurement Equipment. This article will introduce the characteristics of MicroTCA and the application mode in industrial computer and measure-control equipment.

Key words: ATCA，MicroTCA，High Performance Computer，Industrial Control and Measurement

引言

　　随着业务和内容的不断丰富、技术和市场的不断发展，传统的电信网络、计算机网络和广播电视网络都在经历一次翻天覆地的变化。网络结构从复杂向简单演进，网络设备从专有系统向通用系统演进。在这个变化过程中，PICMG倡导的ATCA、MicroTCA技术规范，因为具有先进的性能、开放的架构和高度的模块化、标准化的结构，正在被越来越多的通信设备制造商和运营服务商选定为新一代网络通信产品的最佳解决方案。无论是有线网络，还是无线网络，从边缘层的业务接入设备，到核心层的业务处理设备，ATCA、MicroTCA都显露出巨大的应用前景。

　　3.125Gb/s的高速数据链路，2.4TB/s的背板传输带宽，200W/slot的电源供应，强劲的通风散热能力，完善的系统管理功能，完全的Redundant FRU设计理念，这些优越的性能无一不是新一代网络设备的规划和设计者们所企盼的。

　　与任何一个新技术一样，在没有获得规模应用之前，在产业化环境没有建立和完善之前，ATCA/MicroTCA在提供高性能解决方案的同时，也因为其相对较高的成本，为初期应用者设置了比较大的障碍。

　　DINTEK从实际出发，针对小型系统和产品开发，设计了2U ATCA 系统，以紧凑的结构，优越的性能，为初期应用者提供了一个低成本的ATCA、MicroTCA的开发应用平台。

　　下面将对这个产品的特点和应用方式进行详细的介绍。

1.DINTEK 2U ATCA系统的特点

　　DINTEK 2U ATCA系统，完全遵循PICMG 3.X 规范，采用标准19”机架式安装结构，具有2个8U6HP280mm的标准插槽，支持RTM。系统中提供的2SLOT ATCA背板，采用点到点全互连结构，支持2xGbE的base interface和多个可配置的GbE、10GbE、FC-PI、XAUI、Infiniband、StarFabric、PCI Express Fabric Interface通道。为了保证足够的冷却能力，促进机箱内的空气流通，这款系统配置了两个可拔插的风扇盘，通风能力高达2x268CFM，从右向左均衡散热。经过实际测试验证，在安装阻风严重的AMC模块的情况下，仍然能保证大功率集成电路的散热要求。依照PICMG规范，这款系统提供了冗余的DC48V供电方式，但是，没有提供标准的PEM和ShMC，而是把它们作为可选的或可根据需要定制的模块，以尽可能地降低系统成本。

图1，DINTEK 2U ATCA系统平台

2.2U ATCA系统平台应用于网络安全领域，构建高速信息过滤/内容搜索设备

　　ATCA的高速数据传输能力和灵活多样的通信接口，非常适用于网络安全领域应用。2U的ATCA系统平台，由于只有两个插槽，可以不用通过交换板，只通过点对点全互连结构的背板就能实现两块业务板之间的高速数据交换，大幅降低了系统的成本。用如下方式构建的高速信息过滤/内容搜索设备已经在网络安全领域投入现场实用。

图2，用2U ATCA构建的网络安全设备

　　其中，Fabric Interface通道被用于传送业务数据交换，Base Interface通道被用于传送系统配置和管理信息。每个业务板都有数据处理和交换功能，可以负荷分担或镜像冗余的方式工作。通信接口模块采用AMC结构，可根据应用环境的不同，配置为GbE、10GbE等接口类型，并且，可以很容易地实现接口和链路的互备和切换。
这样的配置，如果采用CPCI的2.16架构，至少需要4U8SLOT的机箱+两块交换板+4~6块业务板+两块CPCI电源才能实现，价格差距不大，但很多方面的性能却无法与2U ATCA构建的平台相比。

3.2U ATCA系统平台应用于IPTV流媒体服务，构建宽带综合接入设备

　　无论是3G还是NGN，都把IPTV流媒体服务当作能够真正带来发展的业务。但是，由于历史的原因和体制的限制， IPTV流媒体服务的网络实现及运营方式等还有很多不确定因素。对于接入方式，不同的网络、不同的运营商会有不同的选择。如电信运营商可能会继续推行xDSL，广电运营商可能会沿用CABLE，而新兴的网络运营商则会直接推广千兆以太网（GbE）。同时，设备制造商也在研发APON、EPON、GPON等不同的接入设备。可以说，未来网络的“最后一公里”，即边缘设备和接入设备，将是不断发展和不断变化的。面对如此多的不确定因素，相关的设备供应商必须开发可适应未来发展的、灵活的、可配置的宽带综合接入设备。用下图所示2U ATCA系统构建的宽带综合接入设备将能够最大限度地适应未来网络的发展要求。

图3，用2U ATCA构建的宽带综合接入设备

4.2U ATCA系统平台应用于构建图形图像处理/数值分析设备

　　从上面的例子已经可以看出，2U ATCA虽然很小，但是利用其灵活的网络拓扑结构，配合不同的AMC模块，可以实现复杂的、过去要用庞大的系统平台才能实现的功能。

　　下面的设计被应用于图形图像处理和数值分析系统。8个DSP或FPGA单元，2个SATA或iSCSI 硬盘，冗余的系统管理单元及GbE或PCI Express高速数据接口，如果没有ATCA，很难想象一个2U的设备如何能实现如此规模的系统。

　　内容服务是未来网络发展的动力。有了这样的低成本高性能的图形图像处理/数值分析设备，借助未来网络系统强大的接入、交换和传输能力，未来网络将能够实现更多现有网络实现不了的业务和人们现在还无法想象的业务。

图4，用2U ATCA构建的图形图像/数值分析设备

5.2U ATCA系统平台应用于MicroTCA系统开发

　　MicroTCA是PICMG最新发布的、基于ATCA和AMC结构的、面向未来网络低成本应用的技术标准。与ATCA一样，MicroTCA也是一个先进的计算和通信平台，它的基本模块就是ATCA中的AMC，二者的机械结构、电气特性、接口类型等都完全相同。也就是说，AMC模块可以直接应用于MicroTCA。

　　MicroTCA定义了一种新型模块——MCH（MicroTCA Controller & Hub），它是MicroTCA系统的控制、管理和数据交换模块，之前曾被称为虚拟载卡管理器（VCM--Virtual Carrier Manager）。即，MicroTCA系统的MCH相当于ATCA系统的ShMC+Fabric+Carrier。MCH采用了与AMC完全相同的连接方式，结构尺寸与半宽全高的AMC模块完全相同，连接方式也完全相同。

　　MicroTCA还特别定义了标准的Power Module，把背板输入的DC48V电源转换成DC12V，为MCH和其他MicroTCA模块提供电源供应和功率管理功能，类似于ATCA系统的PEM和载卡上的DC/DC Converter。 MicroTCA的Power Module也采用了与半宽全高AMC模块完全相同的机械结构，但是，为了保证电源供应能力，采用了与AMC不同的连接方式。

　　从MicroTCA以上的特点可以看出，ATCA 系统的所有模块，都可以平滑移植到MicroTCA系统，完全可以用ACTA的系统平台开发MicroTCA产品。下图是用低成本的2U ATCA系统平台开发MicroTCA产品的示例。

图5，用2U ATCA作为MicroTCA的系统开发平台

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