服務(wù)器背板總線技術(shù)系列之二
Compact PCI背板總線

國(guó)家高性能計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心 張瑾 等 2002/06/27

Compact PCI的提出

VME標(biāo)準(zhǔn)是面向工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，它的可靠性極高，散熱性能好，易于安裝和移動(dòng)。不過(guò)，由于它采用專(zhuān)用的工業(yè)設(shè)計(jì)方法，成本昂貴，應(yīng)用范圍有限。而且，VME環(huán)境的軟件移植必須定制，這又增加了驗(yàn)證和支持的工作量。

20世紀(jì)90年代，PCI總線作為臺(tái)式機(jī)系統(tǒng)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)被千百萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)采用，但是它無(wú)法提供高度的可靠性，也不能滿足高可用性系統(tǒng)對(duì)正常運(yùn)行時(shí)間的要求。而且，其主板很難散熱，主板邊緣接頭可靠性低，在更換主板時(shí)極易受到損傷。

為了避開(kāi)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的局限性，包括Sun在內(nèi)的400多家計(jì)算機(jī)供應(yīng)商和制造商合作開(kāi)發(fā)了Compact PCI標(biāo)準(zhǔn)，將VME的高性能、擴(kuò)展性和可靠性與PCI標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)有效和靈活性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，這使得Compact PCI技術(shù)的發(fā)展極為迅速。

Compact PCI特別汲取了VME的精髓(密集堅(jiān)固的封裝，大型設(shè)備的極佳冷卻效果)，并與PC的優(yōu)勢(shì)(廉價(jià)、易于采用最新互連和處理能力的快速芯片)巧妙地結(jié)合在一起。目前Compact PCI已經(jīng)取代VME以及STD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成為工業(yè)界領(lǐng)域的新一代標(biāo)準(zhǔn)，更為重要的是，它還成為服務(wù)器背板市場(chǎng)中的主力軍。Compact PCI產(chǎn)品也受到了工業(yè)界、計(jì)算機(jī)界和電信界的歡迎，上市產(chǎn)品的數(shù)量增長(zhǎng)迅速，1998年銷(xiāo)售額為3億美元，1999年則達(dá)8億美元。

Compact PCI的結(jié)構(gòu)

Compact PCI板遵從Eurocard工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，定義了3U（100mm×160mm）和6U（233.35mm×160mm）兩種板尺寸，其具體形狀如圖1所示。3U高度是滿足64位Compact PCI總線要求的最小尺寸；6U的尺寸是為了滿足信號(hào)線外擴(kuò)的需要以及板上器件空間外擴(kuò)的需要。Compact PCI背板連接器共有5個(gè)插座，J1～J5。規(guī)范只定義了J1和J2的信號(hào)線管腳，3U的Compact PCI板包括了J1和J2的插座，J3～J5插座包含在6U的Compact PCI板上，J3～J5的信號(hào)定義保留。

Compact PCI系統(tǒng)由一個(gè)或一個(gè)以上的Compact PCI段組成，每一個(gè)段包括1塊系統(tǒng)板（System Slot）和7塊外圍板（Peripheral Slot），板與板中心的間距為20.32mm。系統(tǒng)板為所有在段內(nèi)的板提供仲裁、時(shí)鐘分配和復(fù)位功能。系統(tǒng)板負(fù)責(zé)執(zhí)行系統(tǒng)的初始化，管理每一個(gè)本地板的IDSEL信號(hào)。在物理上，系統(tǒng)板可以插在背板上的任何位置。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，規(guī)范規(guī)定最左邊的槽位為系統(tǒng)板的插槽（從背板前面看），具體的位置如圖2所示。

Compact PCI的特點(diǎn)

Compact PCI的意思是“緊湊型PCI”，是以PCI電氣規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)的高性能工業(yè)用總線。Compact PCI的CPU及外設(shè)同標(biāo)準(zhǔn)PCI是相同的，并且Compact PCI系統(tǒng)使用與傳統(tǒng)PCI系統(tǒng)相同的芯片、防火墻和相關(guān)軟件。從根本上說(shuō)，它們是一致的，因此操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序都感覺(jué)不到兩者的區(qū)別，將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PCI插卡轉(zhuǎn)化成Compact PCI插卡幾乎不需重新設(shè)計(jì)，只要物理上重新分配一下就行了。

Compact PCI雖然與標(biāo)準(zhǔn)PCI屬同一標(biāo)準(zhǔn)，二者還是有很大的不同。Compact PCI相對(duì)具有很多優(yōu)點(diǎn)：

第一，Compact PCI總線具有更好的機(jī)械特性。這一點(diǎn)很關(guān)鍵，它增強(qiáng)了PCI系統(tǒng)在電信或其他條件惡劣的工業(yè)環(huán)境中的可維護(hù)性和可靠性。Compact PCI板遵從Eurocard封裝標(biāo)準(zhǔn)，從而為PCI環(huán)境增加了工業(yè)級(jí)別的可靠性與可維護(hù)性。Eurocard特性包括大量可選的板卡特性（可有4096個(gè)組合），如前端面板封擋、減少電磁干擾的EMC保護(hù)特性等。Compact PCI電路板采用IEC規(guī)格的2mm插針插接連接器，其插槽電路板可從機(jī)箱前面插入，I/O板可從機(jī)箱前面插入也可以從背面插入。Compact PCI的連接器本身是高低不同的針和槽式連接器。與標(biāo)準(zhǔn)PCI插卡上的那種邊緣連接器相比，這些針槽連接器可提供更快的傳播速度，減少總線／連接器接口上的反射，降低噪音，可更好地匹配阻抗，并且提高了機(jī)械可靠性。這些針槽連接器、封擋機(jī)制等綜合在一起，為每一塊板與系統(tǒng)間的連接提供更好的支持和耐久性，維護(hù)、修理和升級(jí)等也都得到明顯的簡(jiǎn)化。

第二，采用Eurocard封裝的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)中均勻的氣流。主動(dòng)式母板系統(tǒng)中不穩(wěn)定的元件會(huì)引起不均勻冷卻，由此造成的熱堆積是系統(tǒng)癱瘓的一個(gè)主要原因。而工業(yè)PC所使用的傳統(tǒng)桌面機(jī)箱，不僅沒(méi)有緩和不均勻冷卻問(wèn)題，反而使問(wèn)題更加惡化。它將所有的I／O電纜都安裝在機(jī)箱后端，使得該方向上的空氣很不容易流通。Compact PCI系統(tǒng)避免了這些氣流通路上的阻礙，因此每一塊板表面都能得到均勻的氣流。通常需要在架底安裝兩個(gè)或兩個(gè)以上的風(fēng)扇，以保證氣流能向上流經(jīng)所有的板。Compact PCI板是垂直插入板柜的，無(wú)論是自然通風(fēng)冷卻還是強(qiáng)制通風(fēng)冷卻都容易實(shí)現(xiàn)。

第三，Compact PCI連接器的電源和信號(hào)引線支持熱插拔規(guī)范，這對(duì)于容錯(cuò)系統(tǒng)是非常重要的，這也是標(biāo)準(zhǔn)PCI所不能實(shí)現(xiàn)的功能。

第四，Compact PCI總線易于擴(kuò)展，可同時(shí)支持多達(dá)256個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)PCI總線設(shè)備。它可在每個(gè)子系統(tǒng)中支持8個(gè)插槽，加上橋接芯片后，Compact PCI可輕易擴(kuò)展支持到32個(gè)插槽。

歷史的選擇 盡管Compact PCI總線比PCI總線有這樣或那樣的優(yōu)點(diǎn)，但是它畢竟是PCI總線的派生產(chǎn)品，可以說(shuō)它們是同宗同源，只不過(guò)應(yīng)用場(chǎng)合不同罷了。隨著PCI總線的日益衰敗，Compact PCI也難逃被淘汰的命運(yùn)。新的技術(shù)呼之欲出，并且功能更加強(qiáng)大。不過(guò)，Compact PCI堅(jiān)固的接口結(jié)構(gòu)、支持熱插拔的功能和易于擴(kuò)展的特性等優(yōu)點(diǎn)是會(huì)被新技術(shù)繼承下來(lái)的，絕不會(huì)隨著PCI總線的淘汰而被湮滅。

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