Мезонинные модули стандарта FMC для построения высокопроизводительных систем обработки сигналов

Одна из самых заметных проблем, с которыми сталкиваются разработчики встроенных систем, — это разнообразие технических требований к организации внешнего интерфейса ввода-вывода. Независимо от того, будь то Ethernet с оптическим или «медным» физическим уровнем передачи данных, аналоговый интерфейс или гигабитный последовательный интерфейс, разработчикам системы требуется набор средств для эффективного создания необходимого сочетания интерфейсов в вычислительной системе.


Мезонинный модуль стандарта FMC

Одним из способов решения данной проблемы является использование «двухкомпонентной системы» состоящей из платы носителя с блоком обработки и мезонинного модуля, служащего для организации ввода/вывода сигналов.

Данный подход хорошо стандартизован и включает несколько форм-факторов мезонинных модулей, таких как PMC и XMC и специализированных исполнений носителей, наиболее распространёнными из которых являются модули форм-фактора VME, VPX, CompactPCI, AdvancedTCA, MicroTCA, PCI, PXI. Взаимодействие между несущей платой и мезонинными модулями PMC и XMC основано на шинах PCI и PCI-Express соответственно.

Широкое распространение технологии FPGA (Field-Programmable Gate Array), только подтвердило правильность подхода, разделяющего компоненты встраиваемой вычислительной системы на устройства ввода-вывода и устройства математической обработки и, эволюционно, привело к стандартизации модулей ввода/вывода. В 2008 году был финализирован кросс-платформенный стандарт ANSI/VITA 57.1 FPGA Mezzanine Card (FMC). Этот стандарт определяет конструкцию модуля и физический интерфейс модуля с несущей платой (тип разъёмного соединителя, набор сигналов, их физические характеристики и расположение на контактах соединителя). Протокол взаимодействия модуля с несущей платой стандартом не ограничен ввиду многообразия возможных типов интерфейсов ввода/вывода. Именно и делает стандарт модулей FMC, в отличие от PMC, XMC, по настоящему кросс-платформенным и применимым на базе любых несущих платах.

Мезонинные модули FMC имеют форм-фактор с габаритными размерами одинарного (69x76,5 мм), либо сдвоенного (139x76,5 мм) размера. Модули стыкуются в качестве мезонинов со специальными несущими платами обработки данных, содержащими программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Стандарт определяет два варианта разъема для стыковки несущего и мезонинного модулей FMC, а именно Low Pin Count (LPC) на 160 линий, либо High Pin Count (HPC) на 400 линий (разъёмные соединители pin-совместимы).

На мезонинных модулях FMC находятся устройства ввода-вывода и первичной обработки сигналов, такие как АЦП, ЦАП, DDC или интерфейсные приемопередатчики. Исключение промежуточных интерфейсных мостов позволяет максимизировать пропускную способность при передаче данных. Технология FMC позволяет существенно упростить процесс проектирования встраиваемых систем.

Преимущества модулей FMC:

Максимальная пропускная способность — индивидуальная скорость передачи данных до 10 Гбит/с, с общей пропускной способностью до 100 ГБ/с и более между мезонином и ПЛИС.
Минимальная латентность – благодаря исключению промежуточных интерфейсных мостов, что также обеспечивает детерминизм доставки данных.

Уменьшенная сложность проектирования — ввод-вывод подключается непосредственно к FPGA, поэтому опыт работы с такими стандартными протоколами, как PCI, PCI Express или Serial RapidIO, не требуется. Поддерживается возможность непосредственного соединения между микросхемами мезонина и ПЛИС несущего модуля, в том числе и через мультигигабитные трансиверы.

Минимальные системные затраты. Упрощение проектирования системы снижает затраты на IP-ядра, уменьшает время разработки и снижает расходы на комплектующие изделия для готового продукта.

Область применения мезонинных модулей FMC чрезвычайно широка и включает системы связи, радиолокации, гидроакустики, обработки и распознавания речи, лабораторное оборудование, системы автоматизации промышленного оборудования, системы медицинской диагностики, цифровое радио и телевидение и пр.

Производители модулей FMC

Отечественные: ЗАО «Скан Инжиниринг Телеком», «Инструментальные Системы» (ЗАО «ИнСис»), Fastwel.
Зарубежные: Abaco, Aldec, Curtiss-Wright, Extreme Engineering Solutions (X-ES), Mercury Systems, Faster Technology, Hitech global.
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 4
  • +5
    Протокол взаимодействия модуля с несущей платой стандартом не ограничен ввиду многообразия возможных типов интерфейсов ввода/вывода. Именно и делает стандарт модулей FMC, в отличие от PMC, XMC, по настоящему кросс-платформенным и применимым на базе любых несущих платах.

    Ну вообще-то это не совсем так. Стандарт FMС придуман именно для несущих плат на базе ПЛИС(FPGA). Ни для каких других платформ он не подойдет. Протокола там действительно никакого нет, так как FMC просто предоставляет физический доступ к выводам ПЛИС, и поэтому разработчик свободен в том, что он с этими выводами будет делать.


    Стандарт определяет два варианта разъема для стыковки несущего и мезонинного модулей FMC, а именно Low Pin Count (LPC) на 160 линий, либо High Pin Count (HPC) на 400 линий (разъёмные соединители pin-совместимы).

    На сколько я знаю, HPC поддерживает 160 линий, а LPC половину от этого количества. Так что у вас, похоже, ошибка в статье. Причем это обычные LVDS линии, на которых никаких 10 Гбит нет и в помине. Стандартом предусмотрены отдельные линии — т.н. High-speed serial lines, и линии тактирования для них, которые как раз только и могут передавать данные в последовательном виде на таких скоростях. Причем в HPC таких линий может быть до 10, а в LPC всего одна. Также уже существует стандарт FMC+, где количество последовательных высокоскоростных линий увеличено до 24-х, а сама скорость на них до 28Гбит, по сравнению с оригинальными 10Гбитами. Это тоже следовало бы указать в статье.


    Зарубежные: Abaco, Aldec, Curtiss-Wright, Extreme Engineering Solutions (X-ES), Mercury Systems

    Больший список есть на сайте Xilinx https://www.xilinx.com/products/boards-and-kits/fmc-cards.html
    Должен заметить, что весьма заметный сегмент использования FMC для стандартизированных коммуникационных интерфейсов — Ethernet, SATA, PCIe, HD-SDI и прочих. Это модули Faster Technology, Hitech global.

    • +1
      На сколько я знаю, HPC поддерживает 160 линий, а LPC половину от этого количества. Так что у вас, похоже, ошибка в статье.

      Ошибки нет. Не совсем подробно описаны назначение и распиновка разъемов

      Разъем HPC 400-контактный suddendocs.samtec.com/prints/asp-134486-01-mkt.pdf
      LPC — 160-контактный suddendocs.samtec.com/prints/asp-134603-01-mkt.pdf

      А по поводу пользовательских линий, ваше дополнение верно. На LPC доступно 68 пользовательских сигналов (или 34 дифференциальных пар); На HPC) доступно 160 пользовательских сигналов (или 80 дифференциальных пар) www.samtec.com/standards/fmc

      Причем это обычные LVDS линии, на которых никаких 10 Гбит нет и в помине
      В тексте речь идет о пропускной способности между FMC и ПЛИС на несущей плате

      Также уже существует стандарт FMC+, где количество последовательных высокоскоростных линий увеличено до 24-х, а сама скорость на них до 28Гбит, по сравнению с оригинальными 10Гбитами. Это тоже следовало бы указать в статье.
      Спасибо за замечание, постараюсь дополнить статью
      • 0
        Стандарт FMС придуман именно для несущих плат на базе ПЛИС(FPGA).

        название FMC, да, от сокращения FPGA Mezzanine Card, но
        Ни для каких других платформ он не подойдет.

        Вашими же словами — Ну вообще-то это не совсем так.
      • 0
        В тексте речь идет о пропускной способности между FMC и ПЛИС на несущей плате

        Вы написали в статье:


        Максимальная пропускная способность — индивидуальная скорость передачи данных до 10 Гбит/с, с общей пропускной способностью до 100 ГБ/с и более между мезонином и ПЛИС.

        Это относится только к высокоскоростным последовательным линиям, которых всего 10 в FMC.

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.