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AdvancedTCA Fabric 接口詳覽

Jeff Munch 2003/10/28

　　Fabric 接口是PICMG 3.0 AdvancedTCA架構中主要的數據傳輸，可以承載高達2.1TB/s的資料吞吐量。PICMG 3.0規(guī)范中定義了Fabric 接口的電氣連接特性，但是卻沒有規(guī)定具體的傳輸協(xié)議。這些傳輸協(xié)議在后續(xù)的3.0規(guī)范子集中得到了明確的定義。目前為止已經有4個3.0子規(guī)范被最終通過，它們是：3.1以太網和光纖信道傳輸 (Ethernet and Fibre Channel Transport)；3.2 InfiniBand傳輸；3.3星型傳輸 (StarFabric Transport)；3.4 PCI Express傳輸；PICMG 3.5 串行快速I/O傳輸 (Serial Rapid I/O Transport)正在制定中。這些3.0規(guī)范子集所定義的傳輸協(xié)議提供的傳輸的靈活性帶來的直接好處就是易用性。ATCA產品的集成使用者在享受這種易用性的同時，需要留意平臺中單板使用的傳輸協(xié)議。了解ATCA Fabric接口構架體系是充分利用ATCA架構所能提供高達2.1Tb/s帶寬的保證。

　　在制定PICMG3.0規(guī)范的過程中一個費時費力的工作是對承載數據傳輸的連接器的選擇。雖然對連接器的特性需求已經被大家很好的理解，但是規(guī)范制定小組希望在現今市場中的性價比較好的連接器中做選擇。經過數月的介紹調查，并最終以正式的投票表決方式確定了3.0規(guī)范的連接器――ZD。此連接器的制造商是Tyco Electronic Packaging Corporation (Tyco) 和 ERNI Group of Companies (ERNI)。ZD連接器是針對滿足高速差分信號而設計的，針腳外觀視圖是兩根差分信號針位于一鍬狀屏蔽層內。


ZD 配對連接器

　　連接器的一對具有鍬狀屏蔽層的差分針腳有效減小了標準針腳以及針穴互連的相互影響。PICMG的仿真結果表明ZD可以完全滿足3.125GHz 信號傳輸，甚至將來可以把信號頻率提得更高。另外值得說明的是1個ATCA單板可以依照其連接（雙星型或全網狀）需求使用1到5個ZD連接器。

　　ATCA Fabric 接口信道是建立在LVDS(低壓差分信號, Low Voltage Differential Signaling )差分對 ( differential pairs) 基礎之上，電氣特性需求是建立在3.125GHz SERDES 信號基礎之上。數據編碼使用8b/10b 編碼機制 , 并指定交流電信號對接以防止直流電邏輯層面上的數據傳輸的干擾。ATCA中兩個板子的最小連接單元稱作通路(channel)，一個通路(channel) 由4個埠 (port) 組成，每個埠(port) 又由兩對差分信號(differential pair) 組成，構成了ATCA Fabric 接口的最小連接單元。端口的兩對差分信號被映像成一收一發(fā)的傳輸模式。下圖描繪了一個差分對、一個埠、以及一個通路的針腳分布：


　　ATCA Fabric 接口 差分對(differential pair)、埠(port)、通路(channel)的ZD 針腳映像

　　在典型的編碼機制下，一個埠可支持5Gb/s全雙工的數據傳輸速率，也就是一個通路支持20GB/s全雙工的數據傳輸。

　　ATCA 規(guī)范制定各個單板之間有一個通路連接，當3.0規(guī)范最初制定時，通路被認為只是支持單一的傳輸協(xié)議如以太網。在這種架構中通路只是最小的連接單位。隨著PICMG 3.1的演進，規(guī)范制定組織開始討論在一個通路中使用多種傳輸協(xié)議的可能性，最終大家統(tǒng)一最小的連接單元是端口(port) 而不是通路 (channel) ，此項決定允許PICMG 3.1 組織把光纖信道連接加入到定義以太網連接的章節(jié)中。PICMG 3.1規(guī)范是一個很好的范例描述一個信道中的端口如何被使用來支持不同的傳輸協(xié)議。下表描述了一個信道中的4個端口在PICMG3.1定義的諸多協(xié)議中如何展現支持不同的傳輸協(xié)議配置。


　　由上表可見，一個PICMG3.1構架的機箱可支持9中不同的配置模式，可為各種應用提供定制Fabric 接口通路的選擇。在上面的范例中，PICMG 3.1在一個通路中混合光纖信道和以太網口。AdvancedTCA規(guī)范還允許迥異的協(xié)議共存于一個通路中，超越了PICMG 3.1規(guī)范所定義的內容。AdvancedTCA支持OEM自定協(xié)議，允許在一個通路中除了PICMG 3.x協(xié)議之外，可以混合其它多種OEM協(xié)議。下面的例子描述了在一個通路中4個端口分別用于支持PICMG 3.1, PICMG3.2 和 一個 OEM 協(xié)議。


一個通路中包含多種ATCA子規(guī)范

　　必須了解一個概念―只有兩個單板之間的Fabric接口互聯才是所謂的通路。需要支持多種協(xié)議的應用要嘛得選擇針對每個槽位分割協(xié)議，要嘛就把多種協(xié)議混合在一個通路中。對于Fabric 接口，一個重要的組件是電子鑰匙(Electronic Keying)，ATCA標準針對Fabric接口定義了電氣特性要求，以便于單板上運行的以太網，InfiniBand，星型結構(StarFabric)，PCI Express 或者其它OEM協(xié)議都可以在電氣上做到兼容。也就是說所有協(xié)議使用的電壓等級都是相同的，這樣的話當一個以太網單板插入機箱時，如果以太網口的另一端跑的是一個OEM 協(xié)議時，這塊單板不會損壞。電子鑰匙的職能是當已經確認端口的兩端是相互兼容的協(xié)議時，才允許端口的資料流通。

　　AdvancedTCA Fabric 接口是針對為下一代計算平臺提供相應流量帶寬而設計的架構。全網狀連結( full mesh) 的AdvancedTCA 機箱可以提供3.125GHz 信號 在 8b/10b 編碼模式下高達2.1Tb/s的數據傳輸。同時能夠在一個通路中的多個端口中支持多種不同的傳輸協(xié)議，使得應用架構設計者可以針對應用的特定需求自行定制數據傳輸方式。加之電子鑰匙使得兩端中具有兼容協(xié)議的端口能開啟并匹配工作，ATCA子系列規(guī)范定義了端口可以使用的傳輸協(xié)議。AdvancedTCA的使用者需要對單板上所使用的Fabric 接口需求給予額外關注以確保當電源開關打開時，整個系統(tǒng)能夠工作。了解Fabric接口是成功購買及使用AdvancedTCA的關鍵。

凌華科技公司供稿 CTI論壇編輯


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