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VPX
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。<
/p>
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。
1.
VPX1.1
标准概述
VITA 46
基础标准由
VITA4
6.0
（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
VI
TA46
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
（美国国家标准化组织）得到正式
ANSI<
/p>
批准。
1.1 VPX1.2
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
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<
/p>
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。
StarFabri
c
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
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
将成为解决这些新需求的新技术。
1.2
VPX1.3
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
6.25 Gbaud
下，串扰小于
3%
。
Tyc
o
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
VME
标准长度，以便可以安装
PMC
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 RT2
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
< br>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
1.3 VPX
的
I/O
能力
VPX
拥有着更多的
I/O
能力，
其数量几乎是
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），
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
1.4
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
< br>。
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。
2. 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<
/p>
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
Curtiss-Wright
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，
< br>以及主板整体设计，
一种被称为
VPX
< br>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
< br>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，
S
RIO, 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
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
< br>）。
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。
2.1
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
< br>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<
/p>
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
< br>1/10Gbe
网络是很自然的事情，它是一种高速网络的解决
< br>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<
/p>
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<
/p>
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，<
/p>
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
）
。