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VPX系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
VPX系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
VPX系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是VITA組織于近來提出的基于VME總線基礎(chǔ)上的新一代高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)。VPX總線的基本規(guī)范、機(jī)械結(jié)構(gòu)和總線信號(hào)等具體內(nèi)容均在ANSI/VITA46系列技術(shù)規(guī)范中有詳細(xì)的定義，是一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。VPX是基于高速串行總線的新一代總線標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)制定的最初目的為了保護(hù)VME總線的應(yīng)用者，繼承和延續(xù)VME總線的技術(shù)生命力。使VME系統(tǒng)得到更廣泛的應(yīng)用，更深入的發(fā)展。
VPX標(biāo)準(zhǔn)之所以能如此迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)方面的原因促成的：
1）隨著科技的不斷進(jìn)步，一些電子系統(tǒng)要求越來越嚴(yán)格，要求新系統(tǒng)不僅僅要提供高性能計(jì)算還要有超小體積也就是高功率密度的要求。一方面系統(tǒng)可以應(yīng)用于尺寸和重量受限的領(lǐng)域（如艦載環(huán)境，機(jī)載環(huán)境，車載環(huán)境等待），另一方面系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法和連接多個(gè)高速數(shù)據(jù)源的性能。這些要求正式VPX標(biāo)準(zhǔn)所能解決的。
2）隨著軍工，鐵路，工業(yè)自動(dòng)化，電力系統(tǒng)，通信及物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展�，F(xiàn)實(shí)中需要更高的帶寬和更高的傳輸速率及運(yùn)行速度。VPX系統(tǒng)擴(kuò)展了帶寬，采用串行互連架構(gòu)，既顯著增加帶寬的同時(shí)，也大大減少引腳的數(shù)量。VPX系統(tǒng)的帶寬，由VME總線的帶寬的40~60MB，通過增加串行連接的數(shù)量，使該系統(tǒng)的總帶寬達(dá)到了理論的100GB/s。
3）在VME64X規(guī)范中，背板的功耗限制為35W，目前微處理器的快速發(fā)展，多核、多處理器技術(shù)也在不斷成熟，背板功耗大大超過了35W, VME系統(tǒng)的這一功耗限制在實(shí)際使用中已經(jīng)成為瓶頸。VPX系統(tǒng)通過增加背板的供電以及更加完善的散熱解決方案（傳導(dǎo)、液冷等）來解決此問題，使該系統(tǒng)突破了這一瓶頸，實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用更廣泛了。
4）VITA系列協(xié)議對(duì)VPX總線做出了確定的規(guī)范，VPX即為對(duì)VITA系列協(xié)議的指稱。該系列協(xié)議由VITA 基本規(guī)范以及涉及VMEbus、Serial Rapidl0等信號(hào)映射的各類子協(xié)議構(gòu)成。該VPX系統(tǒng)可以適用特別惡劣的自然環(huán)境及電磁環(huán)境，抗干擾性強(qiáng)。也可以快速商業(yè)化。
VPX系統(tǒng)總線來源于VME系統(tǒng)，是通用計(jì)算機(jī)總線，并且結(jié)合了Motorola公司Versa總線的電氣規(guī)范和Eurocard機(jī)械封裝標(biāo)準(zhǔn)，是一種開放式架構(gòu)，支持多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1984年，VME國(guó)際貿(mào)易協(xié)會(huì)組織（VITA）成立，致力于推動(dòng)VME總線的市場(chǎng)和發(fā)展。1987年，VME總線被IEEE正式接納為萬用背板總線（Versatile BackPlane Bus）標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ANSI/IEEE-1014，總線接口為兩個(gè)96芯的針孔連接器，數(shù)據(jù)寬度為32位，帶寬為40MB/s，市場(chǎng)名稱為VME32。從誕生到最初的十幾年間，VME由于采用歐卡結(jié)構(gòu)具有高可靠性使其在工業(yè)控制、實(shí)時(shí)處理和軍用領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用，并一度主導(dǎo)工控機(jī)實(shí)時(shí)領(lǐng)域。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展并迫于CPCI等其他標(biāo)準(zhǔn)的沖擊和競(jìng)爭(zhēng)，VITA先后多次推出升級(jí)版本，如VME64、VME64x、VME320。近幾年，為了滿足更大帶寬和更強(qiáng)制冷能力的要求，VITA先后推出VXS（VITA41）、VPX（VITA46）和 REDI（VITA48）等一系列新的模塊標(biāo)準(zhǔn)。其中，VPX系統(tǒng)全部采用的MultiGig RT2連接器具有連接緊密、插入損耗小和誤碼率底等優(yōu)點(diǎn)；通過結(jié)合REDI構(gòu)成的VPX-REDI平臺(tái)可以滿足苛刻環(huán)境和大帶寬的工業(yè)需求，如軍工和通信方面。
VPX系統(tǒng)的核心在于連接器MultiGig RT2，相對(duì)于傳統(tǒng)的針式連接器，這種高速差分連接器的硅晶片式（類似內(nèi)存條的金手指）結(jié)構(gòu)具有連接緊密、插入損耗小和誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)差分接觸對(duì)支持的數(shù)據(jù)帶寬可高達(dá)10Gb/s，而且硅晶片都帶有ESD接地層和觸點(diǎn)層，防止操作期間受意外放電影響。盡管采用這種高速連接器犧牲了VPX與早期的VME產(chǎn)品在硬件上的兼容性，但是這種因?yàn)椴患嫒菟鶐淼牧觿?shì)在其他方面會(huì)得到更多的補(bǔ)償，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，可以直接從后背板配置快速I/O設(shè)備（如數(shù)字視頻），這樣能夠消除由于前端配置帶來的維修和形狀尺寸問題；其二，為VME用戶提供一個(gè)可以簡(jiǎn)單有效地采用各種高速開關(guān)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的途徑；其三，定義了大量的l/O管腳以便于系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展。
VPX系統(tǒng) 支持多種并行和串行傳輸協(xié)議，主要包括VME64x和PCI并行總線協(xié)議。為了解決與CPCI和傳統(tǒng)VME產(chǎn)品的兼容問題，VPX還允許采用了一種同時(shí)帶有各種標(biāo)準(zhǔn)插槽的混合式背板結(jié)構(gòu)，這樣在系統(tǒng)升級(jí)時(shí)仍然可以保留大部分的現(xiàn)有模塊。另外，REDI（VITA48）在模塊加固和制冷增強(qiáng)方面對(duì)VPX進(jìn)行了很好的補(bǔ)充，使之可以滿足苛酷的軍用環(huán)境等；并且這是第一個(gè)可用于軍用平臺(tái)的商用現(xiàn)貨，具備成本優(yōu)勢(shì)。
VPX系統(tǒng)根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為3U和6U尺寸的兩個(gè)版本。
3U標(biāo)準(zhǔn)包含3個(gè)接口：P0，P1，P2。P0為8片結(jié)構(gòu)，其中3片為電源，可以提供+12V，+5V，+3.3V電源，3片為單端信號(hào)片，另外2片為差分信號(hào)片。P1為16片結(jié)構(gòu)，提供16組差分對(duì)信號(hào)。P2為16片結(jié)構(gòu)，能提供16組差分對(duì)信號(hào)或16個(gè)單端信號(hào)。
6U標(biāo)準(zhǔn)包含7個(gè)接口，分別為PO，Pl，P2，P3，P4，P5，P6。其中，P0-P2和3U標(biāo)準(zhǔn)一樣，P3-P6每個(gè)接口能提供16組差分對(duì)信號(hào)或16組單端信號(hào)。
在應(yīng)用方面，自該系統(tǒng)問世以來，就受到相關(guān)領(lǐng)域的高度重視和青睞，結(jié)合REDI使得系統(tǒng)在具有Gigabyte的數(shù)據(jù)傳輸能力的同時(shí)，也具有加固的機(jī)械結(jié)構(gòu)和更強(qiáng)的冷卻能力。由于VME有著近三十年應(yīng)用和發(fā)展的積累，在實(shí)時(shí)控制和軍工領(lǐng)域依然擁有大量現(xiàn)存客戶。從繼承性和可靠性角度考慮，加上VPX本身具有的優(yōu)越性，這類用戶最終升級(jí)到VPX只是時(shí)間問題。許多VME總線工控機(jī)的大型制造商如 Motorola和Force Computers等自然也是VPX的主要倡導(dǎo)者和實(shí)踐者。世界一些知名廠商已經(jīng)早早在VPX技術(shù)上取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，如Motorola ECC、Interphase、Zynx、Nat Europe、Curtiss Wright、Tews、Acromag等在電信和國(guó)防應(yīng)用方面都有著各自系列化的成熟產(chǎn)品。