Введение

Advanced Telecommunications Computing Architecture (ATCA или AdvancedTCA) — это самый масштабный проект спецификаций в истории PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG), в котором принимают участие более 100 компаний. Официальное обозначение спецификации PICMG 3.x (см. ниже) было утверждено организацией PICMG в декабре 2002 года. AdvancedTCA изначально разрабатывалась для требований к телекоммуникационному оборудованию «уровня оператора», но в последнее время область ее применения расширилась и охватила более надежные решения для военной и аэрокосмической промышленности. Данная серия спецификаций включает в себя новейшие достижения в области высокоскоростных интерфейсов, процессоры нового поколения и повышенную надежность, доступность и ремонтопригодность (RAS).

Механические спецификации

Плата AdvancedTCA имеет глубину 280 мм и высоту 322 мм. Платы имеют металлическую переднюю панель и металлическую крышку на нижней стороне печатной платы для ограничения электромагнитных помех и предотвращения распространения огня. Рукоятка (рычаг) блокирующего инжектора для извлечения платы активирует микропереключатель, чтобы сообщить контроллеру управления интеллектуальной платформой (IPMC) о намерении оператора извлечь плату или о факте ее установки, тем самым запуская процедуру горячей замены. Платы AdvancedTCA поддерживают использование мезонинов расширения PCI Mezzanine Card (PMC) или Advanced Mezzanine Card (AMC). Шкаф поддерживает модули заднего перехода (RTM). RTM подключаются к задней части шкафа в слоты, соответствующие расположению передних плат. RTM и передняя плата соединяются через коннектор зоны 3. Коннектор зоны 3 не определен спецификацией AdvancedTCA. Ширина каждого слота шкафа составляет 30,48 мм. Это позволяет установить 14 плат в шасси, предназначенном для монтажа в 19-дюймовую стойку, и 16 плат в систему, предназначенную для монтажа в стойку ETSI. Типичная 14-слотная система имеет высоту 12 или 13 стойковых единиц. Большие шкафы AdvancedTCA ориентированы на телекоммуникационный рынок, поэтому воздушный поток направлен спереди шкафа, через платы снизу вверх и выходит сзади шкафа. Меньшие шкафы, используемые в корпоративных приложениях, обычно имеют горизонтальный воздушный поток. Малые и средние шкафы AdvancedTCA ориентированы на телекоммуникационный рынок; для проведения лабораторных исследований некоторые шкафы имеют открытую крышку для облегчения тестирования.

Архитектура фонового плана

AdvancedTCA backplane обеспечивает точечные соединения между платами и не использует шину данных. Определение задней панели разделено на три секции: зона 1, зона 2 и зона 3. Коннекторы в зоне 1 обеспечивают резервное питание −48 В постоянного тока и сигналы управления полкой для плат. Коннекторы в зоне 2 обеспечивают соединения с базовым интерфейсом и интерфейсом Fabric. Все соединения Fabric используют точечные дифференциальные сигналы сопротивлением 100 Ом. Зона 2 называется "Fabric Agnostic", что означает, что любой Fabric, способный использовать дифференциальные сигналы сопротивлением 100 Ом, может быть использован с AdvancedTCA backplane. Коннекторы в зоне 3 определяются пользователем и обычно используются для подключения лицевой панели к модулю заднего перехода. В зоне 3 также может быть установлена специальная задняя панель для соединения плат сигналами, не определенными в спецификации AdvancedTCA. Спецификация AdvancedTCA Fabric использует логические слоты для описания взаимосвязей. Платы коммутатора Fabric устанавливаются в логические слоты 1 и 2. Производитель шасси имеет право определять соотношение между логическими и физическими слотами в шасси. Данные о полезаменяемых устройствах (FRU) шасси включают таблицу адресов, описывающую связь между логическими и физическими слотами. Управляющие полкой взаимодействуют с каждой платой и FRU в шасси по протоколам IPMI (интеллектуальный интерфейс управления платформой), работающим на резервированных шинах I²C на коннекторах зоны 1. Базовый интерфейс является основным Fabric на коннекторах зоны 2 и выделяет 4 дифференциальные пары на базовый канал. Он реализован в виде двойной звезды с резервированными узлами Fabric в ядре. Он обычно используется для внеполосного управления, загрузки прошивки, загрузки ОС и т.п. Интерфейс Fabric на задней панели поддерживает различные типы Fabric и может быть реализован в виде двойной звезды, двойной двойной звезды, Mesh, реплицированной Mesh или других архитектур. Он выделяет 8 дифференциальных пар на канал Fabric, и каждый канал может быть разделен на четыре порта по 2 пары. Интерфейс Fabric обычно используется для передачи данных между платами и внешней сетью. Интерфейс синхронизации часов передает сигналы тактирования MLVDS (многоточечная дифференциальная сигнализация низкого напряжения) по нескольким шинам сопротивлением 130 Ом. Тактовые сигналы обычно используются для синхронизации телекоммуникационных интерфейсов. Интерфейс Update Channel представляет собой набор из 10 пар дифференциальных сигналов, соединяющих два слота. Какие слоты соединены, зависит от конкретной конструкции задней панели. Эти сигналы обычно используются для соединения двух узловых плат или резервированных процессорных плат.

Ткани

Базовый интерфейс может быть только 10BASE T, 100BASE TX или 1000BASE T Ethernet. Поскольку все платы и концентраторы должны поддерживать один из этих интерфейсов, сетевое соединение с платами всегда гарантировано. Fabric обычно реализуется на базе SerDes Gigabit Ethernet, но также может быть Fibre Channel, XAUI 10 Gigabit Ethernet, InfiniBand, PCI Express или Serial RapidIO. Любой Fabric, способный использовать дифференциальные сигналы 100 Ом в схеме «точка-точка», может применяться с обратной шиной AdvancedTCA. Спецификация PICMG 3.1 Ethernet/Fibre Channel была обновлена и теперь включает в себя сигнализацию IEEE 100GBASE KR4, дополняя существующие схемы сигнализации IEEE 40GBASE KR4, 10GBASE KX4, 10GBASE KR и XAUI.

Клинки (доски)

Плата AdvancedTCA может быть процессором, коммутатором, носителем AMC и т.д. Типичная полка содержит один или несколько коммутационных модулей и несколько процессорных плат. При первом вводе в полку встроенный IPMC питается от резервного напряжения −48 В на задней панели. IPMC отправляет сообщение о событии IPMI менеджеру полки, уведомляя о своей установке. Менеджер полки считывает информацию с платы и определяет, достаточно ли доступной мощности. Если да, менеджер полки отправляет команду IPMC для включения рабочей части платы. Менеджер полки также определяет, какие порты Fabric поддерживаются платой. Затем он анализирует информацию о межсоединениях Fabric на задней панели, чтобы определить, какие порты Fabric находятся на другом конце соединений. Если порты Fabric на обоих концах соединений задней панели совпадают, он отправляет команду IPMI обеим платам для активации соответствующих портов. После включения платы и подключения к Fabric, менеджер полки отслеживает сообщения о событиях от датчиков на плате. Если датчик температуры сообщает о перегреве, менеджер полки увеличивает скорость вращения вентиляторов. Данные FRU на плате содержат описательную информацию, такую как производитель, номер модели, серийный номер, дата производства, ревизия и т.д. Эту информацию можно удаленно считывать для проведения инвентаризации плат в полке.

Управление полками

Управляющий полкой контролирует и управляет платами (лезвиями) и FRU в полке. Если какой-либо датчик сообщает о проблеме, управляющий полкой может предпринять действия или сообщить о проблеме системному менеджеру. Эти действия могут быть простыми, например, увеличить скорость вращения вентиляторов, или более серьезными, например, отключить питание платы. Каждая плата и FRU содержат информацию об инвентаризации (данные FRU), которую может получить управляющий полкой. Управляющий полкой использует данные FRU для определения наличия достаточной мощности для платы или FRU и совместимости портов Fabric, соединяющих платы. Данные FRU также могут содержать информацию об изготовителе, дате производства, номере модели, серийном номере и идентификационном ярлыке. Каждое лезвие, интеллектуальный FRU и управляющий полкой содержат интеллектуальный контроллер управления платформой (IPMC). Управляющий полкой взаимодействует с платами и интеллектуальными FRU по протоколам IPMI, работающим через избыточные шины I²C. Протоколы IPMI включают контрольные суммы пакетов для обеспечения надежной передачи данных. Также возможно управление неинтеллектуальными FRU с помощью интеллектуальных FRU. Они называются управляемыми FRU и обладают теми же возможностями, что и интеллектуальные FRU. Взаимосвязь между управляющим полкой и платами представляет собой избыточную пару шин интеллектуального управления платформой (IPMB). Архитектура IPMB может быть реализована в виде пары шин (Bused IPMB) или пары радиальных соединений (Radial IPMB). Реализации Radial IPMB обычно включают возможность изоляции отдельных соединений IPMB для повышения надежности в случае отказа IPMC. Управляющий полкой взаимодействует с внешними системами по протоколам RMCP (IPMI через TCP/IP), HTTP и SNMP через сеть Ethernet. Некоторые управляющие полки поддерживают аппаратный интерфейс платформы – техническую спецификацию, разработанную Форумом доступности сервисов.

Спецификации PICMG

3.0 является "базовой" или "основной" спецификацией. Определение AdvancedTCA определяет шасси с обратной связью, не зависящую от конкретной Fabric, которое может использоваться с любой из Fabric, определенных в следующих спецификациях: 3.1 Ethernet (и Fibre Channel), 3.2 InfiniBand, 3.3 StarFabric, 3.4 PCI Express (и PCI Express Advanced Switching), 3.5 RapidIO.