-
VPX
技术介绍
1VPX
技术
新型
VPX(VITA 46)
标准是自从
VME
引入后的
25
年来，
对于
VME
总线架构的最重大也是最重
要的改进。它将增加背板带宽，集成更多的
I/O
，扩展了格式布局。
目前，
VME64x
已经不能满足国防和航空领域越来越高的性能要求和更为恶劣环境下的应用。
许
多应用，例如雷达，声纳，视频图像处理，智能信号处理等，由于受到
VME64x
传输带宽
的限制，系统性能无法进一步提高。急需要一种新体制的总
线，替代现有的
VME64x
总线，
以
提高系统传输带宽。
2B1. VPX
标准概述
VITA 46
基础标准由
VITA46.0
（基础协议）和
VITA46
.1
（
VME
连接）描述，也称为
VPX
，并成
功地于
2006
年一月引入。
这是一个里程碑，
因为我们可以确信
VITA46
标准已经设计和实现
出来了。下一步是完成最终文档，并且提交
ANSI
< br>（美国国家标准化组织）得到正式
ANSI
批
准。
9B1.1 VPX
高速串行总线
VPX
总线是
VME
技术的自然进化，它采用高速串行总线替代并行总线是其的最主要变化。
VPX
采用
RapidIO
< br>和
Advanced Switching Interconnect
等现代的工业标准的串行交换结构，来
支持更高的背板带宽。
这些高速串行交换可以提供每个差分对儿
250MBytes/sec
的数据传输
率。如果
4
个信道最高
1
GBytes/sec
的理论速率。
VPX
的核心交换提供
32
个查分对儿，组
成
4
个
4
信道端口，每个信道都是双向的（一发送差分
对儿，一接收差分儿）
。
VPX
模块的
理论合计带宽为
8
GB/sec
。
< br>当今基于
VME
总线雷达系统阵列中的每个系统处理器，
都必须等待轮到该处理器获得总先
后才能发送数据。
这样不仅仅
使处理器终止了对当前数据块的处理，
同时还终止了处理器对
输
入数据的处理。
交换结构使所有数
据流畅通无阻，
来解决这一问题，
这样减小了处理延迟和输入数
据流的中
断。
StarFabric
是一个串行转换结构，他利用现有的
VME-64
背板链接嵌入式多处理器。可是，
VME64X<
/p>
接口的物理特性限制限制了它将来的发展。
在
VITA46
开发以前，
雷达系统开始面临
主卡的性能的制约。
VME
主卡其中两个最严重的限制
是每个插槽上通过信号针的数据量限
制，以及严重的功率浪费。
VITA46
通过采用高速连接器和支持先进的交换结构，着重解决
了这两个问题。
由于采集的数
据频率越高，图像效果越好。随着雷达数据管道变得越来越大，
VPX
< br>将成为解
决这些新需求的新技术。
10B1.2
VPX
接插件
VPX
采用了由
Tyco
公司开发
出了模块化的
VPX RT2
连接器，
该连接器内含可控阻抗，
低插入
损耗，在最高
< br>6.25 Gbaud
下，串扰小于
3%
。
Tyco
公司生产的独特的新
7
排
RT2
连接器，与
级联块儿和键一起，
实现
VITA
46
模块和背板设计。
VITA 46
选择
RT2
连接器的目的是为了解
决以
下问题：
---
连接器必须可以发送信号至少
5 Gbits/sec
---
连接器必须提供充足的
I/O
，适应现代主卡上日益增加的功能。
---
连接器的尺寸必须能够满足<
/p>
VME
标准长度，以便可以安装
PMC<
/p>
模块，能够保证
0.8
英寸
的板间距。
---
连接器系统必须足够牢固，这样在军事
/
航
空系统的恶劣环境中才能应用。
VITA 46
模块插入和拔出力量与
VME64X
模块相近。
这是因为虽然
VITA46
拥有更多的接触点，
但是
Tyco
公司的
MultiGig
R
T2
连接器使得每个接触点压力降低而又能保证充分的接触。以
上结论都是建立在连接器机械结构评估和测试基础上得来的。
VITA 46
工作组对最终交付使用的
VPX
连接器，为
VPX
模块标准
做了大量的测试认证。这些
测试再现了一些最苛刻的环境测试，执行了板级标准。
主要环境参数测试包括如下：
-
振动及颤动
-
温度
-
适度
-
沙尘
-
耐久
-
静电保护
11B1.3 VPX
的
I/O
能力
VPX
拥有着更多的
I/O
能力，其数量几乎是<
/p>
64X
类型卡的两倍。所有的
I/O
针都有千兆传输
能力，
最高到
6.25 Gig/Sec
。
并且有辅助的
VITA 48
标准选择，
使得每个插槽可以插
更高功率
的板子。与传统的
VME
技术
比
VPX
的针脚数要多，一般的
6U
VPX
模块可以提供：
总共
707
个非电源电触电
总共
464
个信号：
64
个信号，用于核心交换的
32
个高速差分对
104
个信号，用于
实现
VME64
的
268
个通用用户
< br>I/O
，其中包括
128
个高速
差分对儿。
28
< br>个信号，用于作系统信号（重启，
JTAG
，寻址等）<
/p>
，其余未使用。
VPX
提供最高
32
个网络交换针
，这些针的作用：
---
得到更多的吞吐量
---
提升性能
--
实现网状拓扑结构
---
减少插槽数
---
无需交换插槽
---
节省空间和降低重量
12B1.4
VPX
的电源改进
VPX
改进了电源供电。
5V
最高可达
115W
，
12V
最高可达
384W
，
48
V
最高可达
768W
。
如此大功率的电源，
允许
板子集成更多的功能。
可选的更高的电压输入，
可以减少背板的
电
流，降低重量和降低电子兼容问题产生。
3B2.
VPX
高速串行总线
新串行交换结构技术使得军用和航空嵌入式计算机系统得到更高的性能，
同时
减少系统成本
和重量。
如今有多种高性能交换结构技术可供选择
。
这其中的三个
——
Gigabit
Ethernet (GbE),
Serial RapidIO (SRIO),
and PCI Express (PCIe)
尤其突出，
优
点最多。
GbE
是基于
IP
数据通信的标
准，无论是平台间网络还是在同一个背板中的子系统。
SRIO
是
DSP
应
用中高密度多处理簇
互联的最好方式。
第三种，
PCIe
事实上已经是，
核心处理器到外围设备高带宽
数据流传输应
用的标准。图
1
展示了嵌
入式系统的网络结构的概念。
因为不可能有一种网络交换技术可以满足国防和航空嵌入式应用领域中所有的需求，
所以业
界各大特种计算机公司提出了分层
（
hierarchy
）
解决方案
——
使用
GbE
作为
平台间网络互联，
并且使用
SRIO
和
PCIe
作为底板总线交换网络互联。使用这种方式，国防和航
空系统集成商
可以在他们系统中应用交换结构技术。
GbE
，
SRIO
以及
PCIe
各有优势，
如果将这些交换结构结合在一起应用于嵌入式军用系统中，
将形成功一种新的能强大的结构。经过应用，
主要的芯片，板子大量真
实评估，以及主板整
体设计，一种被称为
VPX
新的高性能底板问世。无论客户应用采用分布的、集中的，还是
混合的网络拓扑
结构，
这种存在多种网络交换的计算平台，
允许用户选择最合适
的网络来满
足系统需求设计。
GbE
可以应用于松散耦合系统的
链接，
SRIO,
PCIe,
或两个
结合使用适合于处理器，外围设备
以及板卡之间的紧密耦合通信簇。用户可以使用
1/10GbE
交换网络建立
Intra-
Platform
Network(IPN)
来有效的传输<
/p>
IPv4/v6
信息包，用户可以使用标准的电缆连接不同的系统
，或
者通过标准底板进行板子与处理器间传输（参看图
1
）
。
SRIO
更适用
于组建网状拓扑结构的
数字信号处理器应用，
PCIe
更适用于核心处理器到外围设备的高带宽数据传输。
13B2.1
高性能网络
1/10
Gbe
交换
以太网是目前最普遍的网络技术。
几乎所有的网络通信的起始和重点都有以太网连接。
这种
商业领
域广泛的应用正在影响军用市场，找到某种方式将网络中心引入加固国防应用市场。
Network
Centric Warfare (NCW)
学说的实现推动了高带宽、高可靠的
IP
网络的战场通信的发
展。随着国防部对
利用现有资源无缝连接到全球网络的迫切需求，
1-GbE
网络
交换已经成为
链接机箱和链接板子，组建今天高带宽
IP
平台网络的首选。
将来的技术转向
1/10Gbe<
/p>
网络是很自然的事情，它是一种高速网络的解决方案，足可以满
足
日益增长的苛刻应用需求。
为了满足有效地在平台资源间传输音频，
视频，
控制及管理数
据的需求，支持
IPv4/v6
的
1/10
Gbe
提供了统一的方法来进行标准数据传输。
通过简单的在原来系统上增加交
换机或
PMC
交换卡，在
VME64x
机箱里组建星型或双
-
星型
网络来升级原有系统。
采用
VPX
背板的新系统不仅可以允许
1
GBE
接口，
还可以允许
10
GBE
接口通过背板路由，这样很容易增加网络带宽。
对于高性能网络，
VPX
系统采用类似于
VME64X
系统的集中交换结构，
（例如一个
VPX
交换
/
路由卡或者一个
X/
PMC
交换卡）通过
GbE
连接机箱中
的板子，机箱可以采用铜或者光介质
链接，组建分布式或集中式的网络拓扑结构（参看图
2
）
。
虽然有很多现行的
GbE
标准，其中的最流行的几个标准和特性包括：
1000BaseT
，一般用于铜
介质背板进行板间或处理器间通信。
1000BaseSX(1 Gb/s)
一般用于光
介质传输。
XAUI
< br>一般用于堆栈或者作为数据干路的
10
GbE
交换卡。
< br>每个
GbE
接口是
10
Mb/s, 100 Mb/s,
和
1
Gb/s
自适应
,
或者通过链接代理
得到多种速率，提
供高性能连接。
以太网未来的标准将会发展到背板上支持
802.3ap
(
一个信道的
1000Base,
四个信道的
10GBaseKX4
以及一个信道
的
10GBaseKR)
。
新一代
1/10 GbE
交换芯片将很快投入市场，每个口运行速度可以在
1,2.5,5,
和
10 Gb/s
。
优化的
1
和
10
GbE
NIC
芯片即将投入市场，它可以通过远程直接内存访问
(RDMA)
和
TCP
卸
载引擎（
TOE)
消除网络瓶颈
(
举例来说：一个
10
GbE
RDMA/TOE
NIC
芯片可以达
到
800-MBytes/s
，并且占用最小的处理器周期进行
大的数据传输
)
由于采用
RDMA
和
TOE
技术减轻了
1/10 GbE
终端节点
的瓶颈和
TCP/IP
协议握手所花费的处
理器额外负载，使得
GbE
还可以应用到低延迟，高吞吐量
和确定操作的嵌入式高性能聚合
应用中。
在商业领域中，
1 GbE
和
10 GbE
能否迅速的应用到大
多数主要的军用平台的决定因素，是
降低成本提高性能。
14B2.2
串行
RapidIO
发展壮大
SRIO,
高速串行交换结构技术，正在多处理器信号处理应
用例如雷达，声纳，自动目标识别
以及信号智能等高性能数据传输扮演越来越重要的角色
。
SRIO
综合了许多的重要特性，使
它比
PCI
Express
和以太网
更适合组建大量的处理器间通信的大型多处理器系统。采用传统
的
StarFabric
或者
Race++
连接技术构造系统设计师们发现，
他们的下一代产品如果使用基于
< br>SRIO
产品开发会很容易成功。
SRIO
特性包括：
每组包括一个发差分儿送及一个接收差分儿（称为一个信道）
1.25
,2.5,
或者
3.125 Gb/s
信号
速率，每个信道单方向最高可以到
312.5
Mbytes/s
每个
SRIO<
/p>
口可以有一个或者四个信道，
每个口单方向最高的理论数据速度为
1.25Gbytes/s
8B/10B
编码以，端对端封包<
/p>
CRC
校验
四级优先权
采用消息和门铃方式进行有效的处理器间通信。用于高可靠应用的冗余路由。
SRIO
在建立多处理器系统时，与同类产品相比较有很多不同。
SRIO
为点对点通信设计，支
持寻址模型，支持消息传输等方式确保高效、快速的数据传输
。串行
RapidIO
系统可以构造
任
意拓扑结构，这对构建变化多端的数据流
DSP
系统是非常重要
的。
最近军事及航空信号处理市场最重要的变化是
VPX
模块格式的
引入。
VPX
格式协议（包含
VITA
46
及附件
VPXREDI/ VITA 48
）利用现代高速串行接口的性能，建立了一个新的
COST
标
准。
VSO
组织标准定义了
VME-
以及
cPCI-
< br>兼容的
3U-
和
6U-
尺寸模型，使用当今高速串行网
络比如说
SRI
O
的信号速度的现代背板连接器。
VPX
标准基于
核心网络
< br>连接器的概念，充
当板间通信媒介，也就是我们常说的
<
/p>
交换串行背板
。在
VPX
中，
核心网络包含
4
个四信道
SRIO
口。在
SRIO 3.125
Gb/s
的信号速率时，
VPX
板可以
访问
5 Gbytes/s
发送和
5
Gbytes/s
接
收，总共
10 G
bytes/s
的通信带宽。当前，几个领先的嵌入式厂商包括
Curtiss-Wright
已经发
布基于
< br>SRIO
连接的
VPX
产品。标
准的
6U
格式，参看图
3
（研祥
VPX-1811
）
15B2.3 PCI Express:
高性能接口
PCIe
接口普遍应用于商用桌面
电脑，笔记本及服务器中。在大量
PC
应用中，
PCIe
的普及有
助于降低
P
CIe
交换芯片和
PCIe
外围设备的
成本。尤其最近，
PCIe
开始移植到先进的单板计
算机和数字信号处理器模块中，部署于军用及航空应用设计中。由于在
PC
市场的普及，使
得低成本成为优势，技术上说，
PCIe
确实是一种先进的连接技术。它的主要特性包括：
点对点通信：每个链接（
点对点连接）可由
1
，
2
，
4
，
8
< br>，
16
，或者
32
信道组成。
每个
lane
由一个传输和一个接收对儿组成，发信为
2.5Gband
，理论上数据速率为每信道每
方向
250Mbytes/s
，或
8
信道总合数据速率为
4
Gbytes/s
。
每个数据位采用
8B/10B
编码和每个信息包端对
端
CRC
提供充分的错误校验。
它的信息包承认协议，在错误时自动重发，提供端对端可靠数
据传输不需要软件控制。
数据流划分优先次序
它的物理层强制位不规则性来降低
EMI
（消除长序
列
1
或者
0
，
目的是消除长电平，强制方
波）
它的电信号层采用了
pre-emphasis/de-emp
hasis
来优化信号完整性，允许低印刷电路和接头
原料成本
商业
PC
市场出现了基于
PCIe
的各种各样的板子，这些基于
PCIe
的模块的
标准包括：
< br>标准桌面
PC
的
PCI
Express
卡
ExpressCard
模块将替代现今的
PCMCI
A
。
PICMG 3.4 (PCIe on AdvancedTCA)
PICMG EXP
.0
(CompactPCI Express)
PICMG
AMC.1 (PCIe on Advanced Mezzanine Card)
EPIC
Express
标准，来自
PC/104
Consortium
由
VITA
标准组织
(VSO)
定义的，
广泛应用于嵌入式军事
/
< br>航空领域中，
基于
PCIe
的模
块标准，
以前发布了几个版本。
包括先前提及的
VPX
和
VITA
42
。
VITA 42
（也称为
VMC
交换
Mezzanine
卡
）是广泛应用在
VME<
/p>
和
CompactPCI PMC
格式的
扩展。
VITA42
通过在模块上增加两个高
< br>速接头，扩展了最初的
PMC
协议，
VITA42.3
补充协议定义了
PCIe
到新的
XMC
接头的映射。
这
样，
兼容
VITA42.3-
主卡和<
/p>
mezzanine
卡可以通过
PCIe
进行多个
gigabyte/s
交换数
据，
VITA42
可以应用于诸如高解析度图像引擎和
G
sample/
秒模拟的数据采集模块等高级应用。
新的
V
PX
模块标准同样采用了
PCIe
。<
/p>
图
4
是代表性的
VPX
模块，
图解了
Tyco
Multigig
RT2
背
板接头和两个
VITA
XMC
插槽。
4B3.
PowerPC
处理器
如今国防和航空系统设计师们在选择他们下一代
DSP
系统结构时有着很多的选择。
DSP
和通
用处理器市场充斥着各种构架的处理器，
包括
MIPs, X86, ARM
和
Power
构架等产品，
他们拥
有不同
的性能、功率和价格。在众多选择中，
Power
构架成为了能
满足军用航空系统需求的
少数处理器之一。为什么这个
90
年代初才引入的构架能一直牢牢把握这个特殊市场呢？他
未来还能一
直领导这个市场吗？
Power
构架的演变过程瞄准嵌入式应用
，一直保持低功率、
高性能的特点。该构架还将继续演变，以适应未来更复杂的应用。<
/p>
16B3.1
Power
构架的演变
最初的
PowerPC
构架是由苹果，
IBM
和摩托罗拉公司共同研制的，他针对
IBM
公司的
RISC(Power)
构架处
理器进行了优化和增强。虽然最早的
PowerPC
构架针对桌
面系统，但是
他优化了指令系统结构（
ISAs
）
，使其适用不同的应用。
Book E
是其
ISA
指令集之一，他是针
对嵌入式市场设计的指令集。他只包括一条
Book
，性能
和功耗在嵌入式应用市场是同样的
重要，该指令集很好的平衡了这两者，使处理器能够应
用到
A&D
系统。从那时起，向量处
理
和电源管理的创新使得
PowerPC
构架又演化成
Power
构架，嵌入式系统设计师能够平衡
性能
和功率因素。
AltVec
单指令多数据（
SIMD
）指令集是重要改进
之一，并最终使其演化成
Power
构架。这
< br>个扩展功能于
1999
年引入，
AltVec
作为
MPC74xx
处理
器的一部分，
苹果公司的
G4 Macintosh
系列电脑采用了这款处理器。这个革命也为
DSP
世界带来了突破，用户除了专用
DSP
芯片
有更多的选择，因为
AltVec
技术使得处理器内核进行
向量处理。许多军事应用要求支持浮
点运算，
AltiVec<
/p>
技术可以提供，因为富电源算比定点运算效率更高，但一般需要额外的硬
< br>件。
军事和航空应用不像一般的电子应用对成本非常敏感，
这些应用对执行效率和支持浮点
运算提出更高的要求。
有趣的
是直到
官方将
AltiVec
写进
ISA2.0.3
发布版本，
在这
之前他从来就没有作为
PowerPC
构架的一部分。
表一
今天
，
对于很多航空和国防
DSP
应用，<
/p>
AltVec
技术都是一种标准的实现方法。
他支持多种实
时操作系统。专用
DSP
芯片由于不支持标准的实时操作系统，采用专用
DSP
芯片
比
Power
构架技术编程更加困难。
Power
构架允许系统集成师利用大量的第三方供应商提供的高级的
< br>工具。
Power
构架另外一个重要的优点是低功耗。随着需求的增长，要求在
VME
和
VPX
系统中有
限空间内部署更多的处理器，
Power
构架技术开发商开始在
一个芯片内集成更多的处理器内
核。
例如
Freescalse
的
MPC8
641D
双核处理器就是这样的处理器。
双核处理器可以释放出
双
倍的性能，
但与两个单核处理器比较却降低了电源消耗。
将更多的功能集成到一个芯片，
板
子上芯片
数量降低从而提高了可靠性和性能。
这也节约了板子空间，
要知
道班子空间对军事
和航空设计师是非常重要的。
另外，
这样可以解决更高级的系统功率，
因为单个芯片更强大，
集成更多的功能。
17B3.2
今天
A&D
应用的革命
Powe
r
构架技术在不断的演化，满足
SwaP
（空间，重量和功率）日益增长的需求，适应雷
达和信号处理等应用。
我们可以发现
Power
构架技术关键的改进在于包含
多个内存控制器。
这些内置的内存控制器，降低了传输延迟，增加内存总线的带宽，从而
提高了系统的速度。
这在大量消耗
DRAM
开款的
DSP
系统中非常重要，因为这样的系统总是频繁的
从
DRAM
中
读数据，
处理大量的输入数据。
当高性能内核等待从内存读取输入数据时是不工作的，<
/p>
此时
没有处理数据的能力。例如，研祥智能科技股份公司的
VPX-1813
引擎使用
Power
构架技术
的
MPC8640D
处理器。采用
DDR3
内存桥片，驱动
125MHz DDR
内存接口，峰值
2GB/s
。最
新的<
/p>
VPX DSP
引擎使用
DDR2
内存，以两倍速度运行，并且拥有两个
ba
nk
（
Discovery III
一
个）
，这样内存速度提高了
4
倍。
随着应用需求
的不断变化，图像处理系统需要庞大的、可升级的多处理器系统。
Power
构架
技术与
x86
构架处
理器比较最大的优点在于内置支持
Serial
RapidIO
互联技术。
Serial RapidIO
互联不像
GbE
和
PCIe
互联，
他可以组建仲裁拓扑网络。
Serial RapidIO
使用终端和交换模式，
是一
种真正的点到点多处理网络技术。终端是处理器自己，他通过链接一个或多个
Seria
l
RapidIO
交换器与其他终端通信。这些终端和交换器
共同构成
Serial
RapidIO
网络或互联。
Serial RapidIO
不像其他互联技术，
他不要求使用专门的拓扑结构，
这是非常灵活的，
能够组
建很大的系统，最多可达
65536
个节点，这远远超出绝大多数
COST
系统需求。在多处理
器
应用中，
理想的假定是系统中的处理器高速、
平等的彼此互联，
没有一个处理器具有特殊属
性，不像
PCI/PCI Express
系统，有一个处理器作为根节
点。
MPC8641D
的
Serial
RapidIO
接口
和支持
Seria
l RapidIO
的交换芯片，使得板子设计师采用新
VPX
(VITA46)
标准发挥带宽优势。
18B3.3
< br>展望
Power
构架的未来
带着嵌入式市场的背景，
Power
构架在
A&D
市场已经有了很长的历史
。
组织于
2004
< br>年被授权负责制定构架的开放标准和规范，
Power
构
架技术的未来在很大程度上依赖
于该组织。
Power ISA
2.03
已经发布了，向广大
Power
构架的开发商和最终用户提供了相应
的路径。
虽然系统设计师在集成系统的过程中有很多的选择，但是
Power
构架具有许多关键性的优
点，<
/p>
这些优点有助于简化板子的设计，
降低功耗，
提高复杂
DSP
应用的带宽。
在过
去，
Power
构架技术是低功率、
高
性能处理器，
广泛用于国防、
航空系统，
它未来的发展是将向量处理，
多内存控制器以及
Serial
RapidIO
等交换互联技术结合在一起，形成一个高度集成
的解决方
案。它的发展还将为设计师们节省空间、
降低重量和功
耗，而这些恰恰是国防、航空系统的
关键。可以预见，
Powe
r
构架在未来的国防、航空
DSP
设计
中仍将是最重要的处理器构架。
5B4. VPX
与
VME,
VXS
区别
很快迎来
25
周年的纪念，古老的
V
MEBus
仍然不断演变以满足当前和下一代系统的需求。
VI
TA41
协议在保留
VME32/VME64
< br>同时扩展了交换网络互联。
VITA46
采用了一百多个
串行
I/O
，
取代了传统的并行总线。
VITA48
增加了一些功能来实现二级维护，同时定义了液冷
散热。
由于新的嵌入式国防和航空应用的出现，
对带宽和散热技术提出了更高的要求。
为了满足这
些要求，近日开发出了新型主板结构协议。其中三个最重要
的新型协议是
VITA
41
VMEbus
Switched Serial
Standard (VXS)
，
VITA
46
和有关协议，
以及
VITA 48
Enhanced Ruggedized Design
Implementation
(ERDI)
。
为了帮助系统用户理解这些新协议独特的优势和真实的差异
，
这里帮您比较一下他们多样的
特性并突出每一个协议想要解决
的问题。
系统用户在选择一个系统架构时必须考虑的主要技
术差
异包括：
物理环境
处理器需求和系统内带宽
外部系统带宽和连接
保存过去的研发成果以及未来验证
技术实用性和成本
总的来看，
我们需要特别关注背板
连接。
因为基本规范
VME64X
仍然
是一个非常重要的技术
并仍将使用很多年，
我们也同样需要检验
如何建立一个
VXS
，
VITA46<
/p>
，
和
VITA48
系统并将其
带入
VME64X
。
19B4.1
广泛使用的
VME
以上所有的三种新协议都兼容老的
V
ME
产品，这得用户可以利用以前开发的主板和软件，
节约成本
。
现今，
VME
总线技术在非常广阔的领域内应用，包括：
图像
(
医疗
，军事
)
工业控制
视频处理
模拟器
(
飞行，导弹
)
雷达
/
声纳
电子情报
任务计算机
电信系统
不同应用领域有不同的需求。雷达系统可能需要放置在风冷环境或者喷气式战斗机的前端
。
任务计算机可以简单的收集、
记录多个
1553
接口的输入，
也可以接收多个前视红外线
(FLIR)
图像，分析并显示在多功能显示器上。电信系统可能需要所有
的
I/O
在前面板，这样系统可
以背对
背放置在设备架子上，
也可能需要所有
I/O
< br>连接走背板布线保证整洁的面板，
这样可
以迅速确定系统
中出问题的卡加以替换。
，从而降低平均返修时间
(MTTR)
。
<
/p>
在空气流通或环境良好的环境中中，使用风冷
1101.10
机械协议。然而，在恶劣的环境，例
如喷气式战斗机的前端需要使用
导冷协议
1101.2
。
在系统内部带宽需求比较低时，
协议
VME
总线就可以提供很好的解决方案。然而，当数据
带宽很高时，
例如多视频显示系统，
或者在
多处理器间有高运算负载和数据共享系统中，
可
以在
VME
总线主卡的
J2
连
接器上增加二级数据总线例如
RACEway
，
StarFabric
或者
SKYChannel
来提供额外的带宽。
但是，
这种方式占用了
其他
I/O
的背板插针，
例如
PMC I/O
，
1553
，串行通道，
GigE
，以及其他的
I/O
协议。不幸的是，用户没有任何协议格式供参考，
使用
这些二级总线。
VITA 41
，
VITA
46
和
VITA 48
协议为解决这些
设计难题而制定的。然而，每个协议集中，解决
这些
I/O
问题都有所不同。
20B4.2 VITA 41
VITA
41
是为了满足高速数据总线需求，为
10
GigE
，
Serial
RapidIO
，
PCI Express
，和高级转换
连接等下一代高速串行互联开发的协议。这些串行协议的共同特点是都
可以运行在
2 Gbps
。
在这样的速
度下，标准的
VME
总线连接器不能工作的。
< br>
与此同时，
VITA 41
特别注意了
与老的
VME
硬件和老的
VME
主板的兼容问题。
VITA 41
背板
仍然采用
J1
和
J2
连接器作为传统的
VMEbus
，不同
的是它采用
Tyco
公司的
7
排
RT2
连接器
代替原
来的
J0
连接器。
RT2
连接器是一个高速差分连接器，提供
30
个差分对儿
，其中
16
对儿作为高速连接定义。
J
0
其它插针，其中一个针用于支持
live insertio
n
，剩下的保留将来
使用
(RFU)<
/p>
。
图
1
展示了
20<
/p>
插槽的背板，背板上拥有两个交换卡。
VITA 41
卡采用一个中央交换调度（芯
片）
进行板间通信。
16
对差分信号被分为两个双向
4
信道串行端口。
一个端口都连接
VITA
41
背板其中一个交换卡上，
另一个解决连接到另一个交换卡上
。
这样在其中一个集中交换模块
失效时，还有另一个冗余通信路
径。
研祥智能科技股份有限公司可以提供
VITA-41
，用在客户
定制背板上。这可以满足需要很高
带宽的应用，超出老的
VME
总线
P0
连接器
2 Gbaud
的限制。
图
1
21B4.3 VITA 46
VITA 46
协议使用了类似又不尽相同的方式来解决带宽问
题（参看图
2
）
。相同之处在于它使<
/p>
用
RT2
连接器，但不同的是，所有连接
器都使用
RT2
连接器，因此使得所有的连接都支持
高速差分信号。
VITA 46
协议在
J2
定义了
32
个差分<
/p>
I/O
对儿，而
VITA 41
值定义了
16
对儿。
这种结构提供了一些很有趣的能力。
VITA 41
设计为双冗余中央交换，
而
VITA 46
允许用户设
计出分布式的网状交换系统，
因此
不会出现由于单独路径，
或者模块的失效而导致系统瘫痪
的情况
。图
2
展示
4
个
4
信道端口连接到各个模块。当每个信道运行在
3.125 Gbaud
时，每
个端口的双向带宽为
2.5 Gbps
（由于
8B/10B
译码会有
20%
的占用）
。网状拓扑的优势在于能
够开发出更紧凑、占用更小空间的系统，因为不再需
要
VITA
41
中的两个中心交换槽了。
在尝试提升
VME
总线模块的带宽能力过程中，
VITA 41
使用高速
差分
RT2
连接器代替了
VME
总线
J0
连接器。然而，这导致了用户
I/O
针的数量大大减少，从
205
减少到
110
。
VIT
A
46
通过替换
VME
总线
J0
和
J1
连接器，全部采用
RT2
连接器，在图
2
中表出。这样做有很明
显的优势。最重要的优势
是使用
VITA46
，用户的
I/O<
/p>
数量从
VITA
41
< br>的
110
个针增加到
272
个针。并且，这
272
个针中有
256
个是自定义的高速差分对儿，每个的数据传输速率可达
10 Gbps
。
为了利用这些附加的用户
I/O<
/p>
针，
VITA46.9
定义了
XMC
和
PMC
用户针的
协议映射。
（
XMC
和
PMC User I/O Mapping for VITA
46
）
。