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CompactPCI Serial是國際PICMG組織定義的CompactPCI總線的后繼標(biāo)準(zhǔn)（版本號CPCI-S.0）。這個新結(jié)構(gòu)的開發(fā)重點在于保持 CompactPCI生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢，不僅考慮到硬件設(shè)計，而且關(guān)注了軟因素的影響，包括技術(shù)人員的知識與經(jīng)驗，以及產(chǎn)業(yè)鏈的高附加價值。
1、關(guān)于CompactPCI Serial
CompactPCI Serial規(guī)范定義了一個模塊化計算機(jī)系統(tǒng)，包括：
·一個無源背板
·一個系統(tǒng)槽
·多達(dá)24個外設(shè)模板
CompactPCI Serial定義了對PCI Express、SATA/SAS、USB和Ethernet的同步支持。PCI Express、SATA/SAS和USB是簡單的星型結(jié)構(gòu)，Ethernet是全網(wǎng)結(jié)構(gòu)。CompactPCI Serial無需交換模板。為了支持高速串行接口，新規(guī)范引入了一個新連接器，兼容IEEE1101標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI Serial支持的數(shù)據(jù)帶寬高達(dá)8 Gb/s PCI Express、6 Gb/s SATA和USB 3.0、 以及10 Gb Ethernet。機(jī)械設(shè)計與CompactPCI完全兼容并且可以在現(xiàn)有系統(tǒng)中互操作。新規(guī)范允許實現(xiàn)混合背板設(shè)計，包括CompactPCI Serial和CompactPCI、CompactPCI PlusIO 和/或CompactPCI Express。新規(guī)范支持3U和6U模板但以3U為主。在3U設(shè)計中引入了導(dǎo)冷概念，允許所有模板在導(dǎo)冷環(huán)境工作。
2、從CompactPCI移植到CompactPCI Serial
CompactPCI是當(dāng)前主流的模塊化計算機(jī)的行業(yè)規(guī)范，IEEE 1101兼容結(jié)構(gòu)的堅固性是業(yè)界公認(rèn)的，其電氣接口基于并行PCI總線，這一技術(shù)正在被串行高速點到點連接所取代。CompactPCI Serial采用了與CompactPCI完全兼容的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時采用串行互連技術(shù)。CompactPCI Serial無需專用的結(jié)構(gòu)硬件。從CompactPCI移植到CompactPCI Serial可以采用相對簡單的混合系統(tǒng)，系統(tǒng)無需專門的交換模板或橋接模板，因為CompactPCI PlusIO規(guī)范（版本號PICMG 2.30）限定了接入背板的串行連接的數(shù)量，因此新的外設(shè)模板能夠插入現(xiàn)有的CompactPCI系統(tǒng)，全部結(jié)構(gòu)件均與IEEE 1101兼容。
圖1 CompactPCI PlusIO結(jié)構(gòu)圖
CompactPCI PlusIO定義了在現(xiàn)有的CompactPCI系統(tǒng)中使用J2連接器以連接一些高速串行信號到背板。遵循PICMG 2.30設(shè)計的系統(tǒng)槽能夠控制最多七塊現(xiàn)有的32-bit CompactPCI外設(shè)卡以及最多四塊CompactPCI Serial外設(shè)卡，這可以通過混合背板輕而易舉的實現(xiàn)，因為PICMG 2.0 和 PICMG CPCI-S.0兩種規(guī)范都是IEEE 1101 兼容的。
3、CompactPCI Serial架構(gòu)
CompactPCI Serial完全采用CompactPCI的機(jī)械結(jié)構(gòu)，與IEEE 1101完全兼容。只有原有的2-mm連接器被一種更先進(jìn)的高密度連接器所取代，能夠支持差分信號，達(dá)到10 Gb/s以上帶寬。與CompactPCI一樣采用無源背板，3U系統(tǒng)的電源電壓是12V，6U系統(tǒng)附加48V供電，支持以太網(wǎng)供電應(yīng)用。 與CompactPCI一樣采用專門的系統(tǒng)槽設(shè)計，為系統(tǒng)提供最低限度的集中管理功能，諸如復(fù)位和時鐘分布，這意味著一個最小CompactPCI Serial系統(tǒng)可以僅包括一個系統(tǒng)槽。外設(shè)槽以先進(jìn)的串行高速點到點鏈路連接，與MicroTCA相似，但無需交換或集線器。CompactPCI Serial在背板上實現(xiàn)了PCI Express、SATA和USB信號的星型連接，以及Ethernet的全網(wǎng)連接。圖2顯示了CompactPCI Serial 星型架構(gòu)。
圖2 CompactPCI Serial星型架構(gòu)
在CompacPCI Serial系統(tǒng)中，系統(tǒng)模板可以安裝在系統(tǒng)槽或者外設(shè)槽中，從而實現(xiàn)多處理功能。系統(tǒng)模板間的通信是用以太網(wǎng)通信方式實現(xiàn)的。 因為以太網(wǎng)采用xxBase-T電纜標(biāo)準(zhǔn)而不用專用背板標(biāo)準(zhǔn)，這降低了成本，保證了更好的互操作性，目前可以支持10 Gb/s 的帶寬。
CompactPCI Serial與CompactPCI一樣支持后I/O設(shè)計，并且提供了更多的信號引腳和支持更高的帶寬。
CompactPCI Serial采用了與CompactPCI一樣堅固的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，支持先進(jìn)的串行連接，并且無需交換模板。CompactPCI Serial適用于惡劣環(huán)境，具有成本優(yōu)勢，滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用對高帶寬和可靠性的要求。
4、CompactPCI Serial機(jī)械結(jié)構(gòu)
一個基于CompactPCI Serial系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件與現(xiàn)有的CompactPCI系統(tǒng)完全一樣，規(guī)范同時定義了3U 系統(tǒng)和6U系統(tǒng)。無源背板用于連接所有模板包括后I/O，每一個模板都具有前面板或后面板，把手用于將模板插入和拔出機(jī)架。一個插槽最多安裝六個獨立的連接器，所用連接器的數(shù)量按照應(yīng)用的不同而有所不同，這樣就實現(xiàn)了最大的可擴(kuò)展性和成本經(jīng)濟(jì)型。圖3展示了一個九槽3U系統(tǒng)的實例，該背板安裝了最大數(shù)量的連接器，提供了最大的帶寬。
圖3 3U系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)
6U系統(tǒng)定義了前模板和后I/O板，與3U系統(tǒng)相比增加了一對連接器（J0/P0）的定義，它提供了附加的6U系統(tǒng)電源以及另外兩路 Ethernet連接，可以用作系統(tǒng)管理(e.g. AMT)。背板可以是單板型（monolithic）或 拼接型（split），它還可以是用戶定制的混合背板。圖4顯示了3U和6U模板的規(guī)格尺寸。
圖4 3U和6U模板的規(guī)格尺寸
CompactPCI Serial連接器專為高速差分信號傳輸優(yōu)化，具有較好的信號屏蔽與阻抗控制。該連接器每行12個引腳，滿足4對高速差分對，另4個引腳接地。而且連接器中的引腳具有一致性，一個引腳可以用于差分信號也可以用于接地或電源信號。背板采用孔型連接器，插入模板采用針型連接器，后I/O則相反。所有的連接器都是壓接安裝（press-fit），PCB內(nèi)的引腳長度是僅1.6 mm，盡可能減少信號線長度以提高信號完整性。為了實現(xiàn)后I/O，無源背板的背面是針型連接器。圖5顯示了6U模板后I/O的規(guī)格尺寸。
圖5 6U模板后I/O的規(guī)格尺寸
為了保證模板連接器與背板連接器完美接觸，并且考慮到惡劣環(huán)境應(yīng)用，本規(guī)范定義了背板定位軌(guide)的設(shè)計要求。在一個3U/6U系統(tǒng)中必須使用定位軌，并且6U系統(tǒng)需要使用一個額外的定位軌。如果沒有使用定位軌（特別是6U系統(tǒng)），那么當(dāng)一個模板插入歪了或沒對準(zhǔn)時有可能會損壞連接器。模板與定位軌的良好吻合也能提供更佳的機(jī)械穩(wěn)定性。
5、CompactPCI Serial電氣要求
背板電源分配——CompactPCI Serial依賴單一+12V 主電源。 +5V standby 是可選電源。-48V 僅用于6U系統(tǒng)。背板將電源電壓分配到前模板上，后I/O由相應(yīng)的前模板供電。
電源控制——電源控制信號PS_ON#、PWRBTN#、PWR_FAIL# 由系統(tǒng)槽分配到管理插口上（utility connector）上。PS_ON# 信號允許系統(tǒng)板遠(yuǎn)程控制電源，具有軟啟動/制動、網(wǎng)絡(luò)喚醒等功能。PWRBTN# 信號可以用于控制電源的 PS_ON# 信號，而且可以用于關(guān)閉操作系統(tǒng)。PWR_FAIL#信號用于顯示電源輸出電壓短時間偏離額定電壓的情況，系統(tǒng)板可以利用這一信息以確定的方式關(guān)閉系統(tǒng)，但本規(guī)范沒有定義實現(xiàn)的方法。
復(fù)位信號——系統(tǒng)槽的 PRST# 信號連接到管理插口，而系統(tǒng)槽的 RST# 輸出信號連接到外設(shè)槽的全部RST# 輸入信號。
喚醒信號——系統(tǒng)槽的 WAKE_IN# 信號連接到外設(shè)槽的全部 WAKE_OUT# 信號。
系統(tǒng)槽檢測——背板上的每個槽都有一個系統(tǒng)槽識別引腳 (SYSEN#)，該 SYSEN# 引腳連接到系統(tǒng)槽的GND引腳而在外設(shè)槽則開路。具有系統(tǒng)槽支持能力的模板檢測到 SYSEN# 低電平，從而啟動系統(tǒng)槽功能，如RST#、PS_ON# 等。
位置尋址——由于 CPCI-S.0 規(guī)范要求每一個物理SATA 端口必須采用同樣的位置地址（因為SGPIO），使位置地址并不對應(yīng)物理槽序號，而是SATA順序（filling order）。每個物理插槽由背板GA[3:0]位置尋址信號唯一標(biāo)識。CPCI-S.0 規(guī)范定義了最高槽序號是位置地址0，次一級槽序號是位置地址1，直至第一個外設(shè)槽。外設(shè)模板能夠利用基于 GA[0]、GA[1]和 GA[2]的位置尋址， GA[3] 能夠用在多于8個外設(shè)槽的系統(tǒng)。
系統(tǒng)管理——I2C 系統(tǒng)管理總線在電氣上兼容 SMBus 規(guī)范。系統(tǒng)管理總線的I2C_SCL和I2C_SDA信號連接到每個槽和管理插口。
串行 GPIO——系統(tǒng)槽的 SATA_SCL、SATA_SL、SATA_SDO、SATA_SDI 信號連接到外設(shè)槽的相應(yīng)信號。
為了保證不同模板廠商的產(chǎn)品具有最大程度的兼容性，并優(yōu)化廠商在系統(tǒng)中采用 CPCI-S.0，CompactPCI Serial標(biāo)準(zhǔn)定義了實現(xiàn)接口的優(yōu)先順序(Filling Order)。PCIe、Ethernet 和USB 是升序的，而 SATA/SAS 是降序的。如果一個系統(tǒng)槽只支持部分規(guī)范定義的接口，那么外設(shè)槽的可用性就得到優(yōu)化。
CompactPCI Serial架構(gòu)簡潔而清晰，既可以建立經(jīng)濟(jì)高效的模塊化計算機(jī)，又具有充足的靈活性設(shè)計高性能計算機(jī)。
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