ATCA學(xué)習(xí)指南.doc

ATCA學(xué)習(xí)指南目 錄第一部分 基礎(chǔ)知識(shí)3第一章 模塊化通信平臺(tái)（MCP）3第二章 ATCA52.1 ATCA介紹52.2 ATCA技術(shù)亮點(diǎn)62.3 AMC11第三章 面向PCI Express架構(gòu)的高級(jí)交換14第四章 電信級(jí)操作系統(tǒng)15第五章 服務(wù)可用性論壇中間件接口15第六章 高速互連串行總線16第七章 散熱技術(shù)21第二部分 結(jié)構(gòu)25第一章 Fabric接口26第二章 機(jī)箱29第三章 背板30第三部分 電源35第四部分 散熱36第五部分 系統(tǒng)管理42第六部分 系統(tǒng)互連44第七部分 傳輸協(xié)議47第一章 高級(jí)交換互連(ASI)47第二章 快速結(jié)構(gòu)49第一部分 基礎(chǔ)知識(shí)第一章 模塊化通信平臺(tái)（MCP）模塊化通信平臺(tái)擁有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，MCP支持電信設(shè)備制造商（TEM）選擇一流的商業(yè)化（COTS）產(chǎn)品，并把它們集成到平臺(tái)解決方案之中。這一方法可縮短總體開(kāi)發(fā)時(shí)間。電信設(shè)備制造商（TEM）可以將其資源投入到那些能讓服務(wù)提供商脫穎而出并獲得最大價(jià)值的領(lǐng)域，從而支持其以較低的成本構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施推出新型服務(wù)。提供這些優(yōu)勢(shì)需要一個(gè)真正的標(biāo)準(zhǔn)化全行業(yè)解決方案架構(gòu)，它應(yīng)：1) 擁有從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商到解決方案廠商的廣泛行業(yè)支持；2) 提供具有出色互操作性和再利用性的模塊化商業(yè)解決方案；3) 其設(shè)計(jì)完全以滿足電信行業(yè)的需求為立足點(diǎn)；4) 為硬件平臺(tái)、互連、底板交換結(jié)構(gòu)、平臺(tái)管理、電信級(jí)操作系統(tǒng)和高可用性中間件帶來(lái)開(kāi)放工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。圖1 模塊化通信平臺(tái)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)MCP模式基于主要的開(kāi)放性全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方案： 高級(jí)電信計(jì)算體系結(jié)構(gòu)（AdvancedTCA）是一項(xiàng)開(kāi)放的行業(yè)規(guī)范，設(shè)計(jì)用于滿足下一代電信級(jí)通信設(shè)備的要求。AdvancedTCA代表了PICMG歷史上最大型的規(guī)范方案。 PICMG針對(duì)ATCA所做的擴(kuò)展工作包括高級(jí)夾層卡（AMC）標(biāo)準(zhǔn)。AMC顯著提高了標(biāo)準(zhǔn)AdvancedTCA載板上夾層卡的密度。 基于PCI Express架構(gòu)的高級(jí)交換（AS）是一項(xiàng)多點(diǎn)對(duì)等層交換互連技術(shù)，它通過(guò)封裝所有通信協(xié)議可實(shí)現(xiàn)專(zhuān)有底板結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，并同時(shí)提供出色的服務(wù)質(zhì)量（QoS）和高可用性特性。高級(jí)交換（AS）得到了主要交換結(jié)構(gòu)廠商的支持，是一項(xiàng)高級(jí)交換互連SIG（ASI-SIG）方案。 電信級(jí)Linux是一種基于2.4 Linux內(nèi)核的開(kāi)放源代碼操作系統(tǒng)，所具備的增強(qiáng)特性可支持高可用性與可靠性的電信級(jí)要求。它由開(kāi)放源代碼開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室（OSDL）的電信級(jí)Linux工作組提供支持。 服務(wù)可用性論壇中間件接口支持推出基于標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)化硬件平臺(tái)、高可用性中間件和服務(wù)應(yīng)用的電信級(jí)系統(tǒng)。服務(wù)可用性論壇是一個(gè)由領(lǐng)先通信與計(jì)算公司組成的聯(lián)盟，致力于制定和推廣開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范。MCP為電信設(shè)備制造商（TEM）帶來(lái)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是跨多種網(wǎng)元與應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊組件再利用。例如，電信設(shè)備制造商（TEM）可以將無(wú)線接入網(wǎng)的所有網(wǎng)員放置于由標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱、線卡和交換結(jié)構(gòu)刀片構(gòu)建的一款平臺(tái)上。這種靈活的模塊化架構(gòu)可為整個(gè)價(jià)值鏈帶來(lái)巨大優(yōu)勢(shì)。 電信設(shè)備制造商（TEM）可以采用MCP來(lái)充分獲取批量生產(chǎn)的成本優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)可跨多種網(wǎng)元使用的靈活構(gòu)建模塊來(lái)節(jié)省成本。Yankee集團(tuán)在其側(cè)重AdvancedTCA刀片的價(jià)值定位研究中表示，通過(guò)購(gòu)買(mǎi)ATCA分組處理刀片，一家專(zhuān)門(mén)從事電信級(jí)解決方案的電信設(shè)備制造商（TEM）可以獲得以下優(yōu)勢(shì)：1) 節(jié)省高達(dá)85%的硬件工程設(shè)計(jì)勞動(dòng)力成本；2) 節(jié)省高達(dá)40%的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)總成本；3) 3至5個(gè)月即可推出硬件升級(jí)的快速上市優(yōu)勢(shì)；4) 3至9個(gè)月即可開(kāi)發(fā)出全新刀片式模塊化通信平臺(tái)的快速上市優(yōu)勢(shì)；5) 12至18個(gè)月即可開(kāi)發(fā)出全新電信級(jí)邊緣系統(tǒng)的快速上市優(yōu)勢(shì)；6) 更簡(jiǎn)單的成本結(jié)構(gòu)；7) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高度靈活性；8) 可預(yù)測(cè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期；9) 完善的開(kāi)發(fā)工具套件。第二章 ATCA2.1 ATCA介紹ATCA也叫AdvancedTCA，是Advanced Telecom Computing Architecture的縮寫(xiě)。AdvancedTCA在核心標(biāo)準(zhǔn)中定義機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱管理、電源分配和系統(tǒng)管理。通過(guò)更大的新外形、顯著提高的散熱層（thermal envelope）和更高的性能，它將MCP概念推向了一個(gè)全新的高度。ATCA標(biāo)準(zhǔn)的核心思想之一就是利用高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Gbit網(wǎng))替代系統(tǒng)級(jí)總線，ATCA的管理模塊(CMM)和交換模塊（Network switch）通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)各刀片進(jìn)行管理和冗余備份。AdvancedTCA支持電信商和運(yùn)營(yíng)商所需要的交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)： PICMG 3.1 AdvancedTCA以太網(wǎng)/光纖通道 PICMG 3.2 AdvancedTCA InfiniBand PICMG 3.3 AdvancedTCA StarFabric PICMG 3.4 AdvancedTCA PCI Express PICMG 3.5 AdvancedTCA RapidIO圖2 可重新配置的AdvancedTCA構(gòu)建模塊可用于設(shè)計(jì)多種網(wǎng)元提高平臺(tái)集成度是下一代網(wǎng)絡(luò)的主要要求。AdvancedTCA支持多種背板配置，基本接口采用雙星BASE-T千兆位以太網(wǎng)，可選交換接口采用全網(wǎng)格、星狀和雙星結(jié)構(gòu)拓?fù)?，每?jié)點(diǎn)速度高達(dá)20Gbps。19英寸機(jī)箱中多達(dá)14個(gè)插槽以及ETSI 600毫米機(jī)箱中多達(dá)16個(gè)插槽。可重復(fù)使用構(gòu)建模塊的提供，包括刀片和夾層卡，使設(shè)計(jì)人員能夠在各種不同外形和配置中實(shí)施可重新配置的標(biāo)準(zhǔn)支架。無(wú)論是哪個(gè)廠商提供的平臺(tái)，各網(wǎng)元都可以使用同一機(jī)箱外形。此外，每個(gè)網(wǎng)元中的刀片還可以在其它網(wǎng)元中執(zhí)行相同的功能。例如，無(wú)線節(jié)點(diǎn)控制器（RNC）中的控制和信令機(jī)架與GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）所使用的硬件相同。升級(jí)AdvancedTCA刀片最為有效的一種方法就是充分利用標(biāo)準(zhǔn)夾層模塊。這些模塊包括處理器夾層卡（PMC）或高級(jí)夾層卡（AMC）。AdvancedTCA PMC和AMC模塊（許多廠商均提供）通過(guò)支持電信設(shè)備制造商（TEM）充分利用商業(yè)化（COTS）計(jì)算與I/O引擎和外包T1/E1協(xié)議引擎，幫助其顯著縮短了上市時(shí)間。AdvancedTCA刀片的大外形為實(shí)現(xiàn)最高性能的處理器提供了充足的架構(gòu)擴(kuò)展空間。MicroTCA可被視為ATCA和AMC的重新包裝的通訊應(yīng)用架構(gòu)。它為所有小尺寸、低功耗、價(jià)格敏感的應(yīng)用帶來(lái)了福音，并全面支持AMC標(biāo)準(zhǔn)板卡。MicroTCA將在內(nèi)部通過(guò)高速備板連接一定數(shù)量的AMC。它支持所有AMC規(guī)格包括半高-單寬、半高-雙寬、全高-單寬、全高-雙寬。MicroTCA將提供的備板拓?fù)浒ㄐ切汀㈦p星型和網(wǎng)狀。同時(shí)將穩(wěn)定性從5個(gè)9提高到6個(gè)9?？値拰⒅С?G到50Gbit/s的范圍。更為優(yōu)越的特性是它具有與AdvancedTCA的雙星拓?fù)渫耆嫒莸哪芰Α?.2 ATCA技術(shù)亮點(diǎn)2.2.1 背板靈活性背板拓?fù)錄Q定著刀片在背板內(nèi)部的連接方式。AdvancedTCA可提供更多交換接口（fabric interface）選擇，支持各種不同網(wǎng)元與AdvancedTCA的靈活集成。AdvancedTCA還支持到背板的基本接口（Base interface）和交換接口（Fabric interface），提供了出色的靈活性。這使TEM能夠采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口提供更高的每端口帶寬，從而使其設(shè)計(jì)滿足新用戶需求并符合新的使用要求。 AdvancedTCA支持多種不同的拓?fù)洌?星狀拓?fù)洌╯tar topology）可帶來(lái)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計(jì)。 在電信基礎(chǔ)設(shè)施中，網(wǎng)格拓?fù)洌╩esh topology）可提供最高帶寬、路由靈活性和可靠性。 雙星狀拓?fù)洌╠ual-star topology），內(nèi)含兩組星狀接口，用于提供系統(tǒng)冗余、或處理不同類(lèi)型流量或工作負(fù)載。 兩組雙星拓?fù)淇稍谝粋€(gè)機(jī)箱中容納4個(gè)交換機(jī)，并在主板間提高更高帶寬。2.2.2 結(jié)構(gòu)靈活性隨著無(wú)線和有線服務(wù)需求不斷增長(zhǎng)，電信行業(yè)逐漸意識(shí)到應(yīng)該避免專(zhuān)有或半開(kāi)放刀片式框架成為發(fā)展障礙，因?yàn)樗鼈儑?yán)重限制了選擇范圍。AdvancedTCA支持多種結(jié)構(gòu)和接口，可為下一代網(wǎng)元提供出色的可擴(kuò)充性和擴(kuò)展空間。數(shù)據(jù)流量接口為設(shè)計(jì)人員提供了廣泛的特定應(yīng)用選擇，包括支持PCI Express架構(gòu)的高級(jí)交換（AS）。多點(diǎn)對(duì)等交換接口技術(shù)通過(guò)封裝任意通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)有背板結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，并且擴(kuò)展了服務(wù)質(zhì)量（QoS）和高可用性等特性。AdvancedTCA支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全雙工接口，其中包括： 使用XAUI的10G以太網(wǎng)； 使用1000BASE-BX的4x 1Gbps端口； 使用1000BASE-BX的2x 1Gbps端口和2x 2Gbps光纖通道； 4x PCI Express/高級(jí)交換； 4x InfiniBand架構(gòu)； 2x光纖通道。此外，AdvancedTCA還可在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)智能平臺(tái)管理接口（IPMI）的基礎(chǔ)上提供機(jī)箱級(jí)管理，這可使用智能平臺(tái)管理總線（IPMB）在輻射拓?fù)浠蚩偩€拓?fù)鋬?nèi)實(shí)施。更新端口互連可提供包含10個(gè)差分對(duì)（differential pairs）的專(zhuān)用接口。該渠道可提供刀片間通信，支持故障切換和集群等應(yīng)用。這種其它架構(gòu)所不具備的能力，進(jìn)一步擴(kuò)展了AdvancedTCA可以支持的應(yīng)用范圍。 主板間帶寬是所有平臺(tái)的核心：帶寬越高，系統(tǒng)的性能越好。Advanced TCA可在刀片間提供極高的帶寬。 每端口1 Gbps的基礎(chǔ)接口帶寬可為未來(lái)的控制面板應(yīng)用提供充足的擴(kuò)展空間； AdvancedTCA支持廣泛的配置選擇，包括支持每端口2Gbps、4Gbps、8Gbps和10Gbps有效負(fù)荷的系統(tǒng)，以滿足下一代接口的帶寬要求。表3 AdvancedTCA技術(shù)優(yōu)勢(shì)概覽2.2.3 最大限度提高平臺(tái)密度由于密度決定著單位空間內(nèi)可提供的冗余能力，因此它是核心網(wǎng)元中的關(guān)鍵因素。密度除了受散熱、電源和冷卻等因素的影響之外，還取決于每個(gè)機(jī)箱的刀片數(shù)量及每格的機(jī)箱數(shù)量。AdvancedTCA每個(gè)全尺寸機(jī)箱容納14個(gè)刀片和2個(gè)交換機(jī)，外形相對(duì)較大，可提供更出色的散熱能力，并支持大量插卡。同時(shí)因消除了可能阻塞氣流的線纜，可實(shí)現(xiàn)前后部順暢的輸入/輸出（如圖4所示）。8U高達(dá)型刀片外形支持高性能硬件模塊和高I/O密度，PICMG 3.09規(guī)范還為設(shè)計(jì)人員定義了后部轉(zhuǎn)換模塊（RTM）支持后部I/O布線。-48V DC和120/240V AC供電，支持中央辦公室和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。當(dāng)今多數(shù)廠商都已提供全新10U機(jī)箱，并在平臺(tái)密度上實(shí)現(xiàn)了里程碑式的發(fā)展。該配置在標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)箱中帶有兩個(gè)交換機(jī)的雙星背板配置中可容納24枚處理器，標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)架每格帶可安裝多達(dá)4個(gè)機(jī)箱。根據(jù)每刀片200瓦或更低功率的AdvancedTCA規(guī)范規(guī)定，這種高密度配置支持每個(gè)機(jī)架容納多達(dá)96枚處理器。即使應(yīng)用不要求使用機(jī)箱/架，10U解決方案所提供的額外機(jī)架空間仍可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)機(jī)箱的高密度，同時(shí)也會(huì)在框架中為外部存儲(chǔ)或布線等其它必要操作留出充足的空間。10U架構(gòu)的靈活性是許多服務(wù)提供商所渴望的，也是許多應(yīng)用的要求。圖4 AdvancedTCA的前后部I/O能力排除了布線障礙，可實(shí)現(xiàn)更卓越的上下氣流暢通性2.2.4 出色的可擴(kuò)充性TEM可輕松在機(jī)箱中添加刀片，以支持更多流量和新服務(wù)。同時(shí)AdvancedTCA的多協(xié)議靈活性還使其能夠應(yīng)用于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。例如，經(jīng)過(guò)初步部署的網(wǎng)元可以滿足現(xiàn)有小尺寸、低成本的4插槽AdvancedTCA支架的要求。為了支持更多用戶，可將機(jī)箱升級(jí)到14插槽或16插槽，并可重復(fù)使用在原4插槽系統(tǒng)中采用的同一AdvancedTCA刀片和支架管理模塊。2.2.5 夾層AdvancedTCA刀片專(zhuān)為在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)夾層基礎(chǔ)上采用全新處理器、內(nèi)存、I/O和管理處理器模塊以進(jìn)行輕松升級(jí)而設(shè)計(jì)。外形包括PCI夾層卡（PMC）和新興高級(jí)夾層卡（AMC）模塊。AMC的優(yōu)勢(shì)包括IPMI可管理性命令支持，比PMC更大的散熱能力，以及熱插拔能力。AdvancedTCA載板支持帶有4個(gè)PMC插槽和8個(gè)AMC熱插撥插槽的兩種夾層。2.2.6 可管理性具備系統(tǒng)模塊自我發(fā)現(xiàn)功能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)智能平臺(tái)管理接口（IPMI）提供了AdvancedTCA管理基礎(chǔ)。通過(guò)ShMC（機(jī)框管理控制器），系統(tǒng)管理子系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)箱內(nèi)的單板、電源、風(fēng)扇、溫度傳感器等現(xiàn)場(chǎng)置換單元（Field Replaceable Units，F(xiàn)RUs）進(jìn)行智能調(diào)節(jié)和管理，而管理子系統(tǒng)的實(shí)體承載采用雙IPMB總線，可以確保一條總線失效的情況下系統(tǒng)管理的仍可以穩(wěn)定進(jìn)行。AdvancedTCA增加專(zhuān)門(mén)針對(duì)電信應(yīng)用的時(shí)鐘總線（Clock Bus）、更新總線（Update Bus）和測(cè)試總線（Test bus）。專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘總線可以滿足電信級(jí)應(yīng)用對(duì)時(shí)鐘的需求；更新總線可以為高可靠的冗余背板（HA redundant Board）提供物理同步時(shí)鐘；測(cè)試總線則可以為注入DLSLAM之類(lèi)的特殊需求提供電信測(cè)試總線。開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)互操作性進(jìn)行了詳細(xì)定義，即支持多家廠商提供的機(jī)箱和鼓風(fēng)機(jī)、計(jì)算刀片、交換機(jī)和管理解決方案進(jìn)行無(wú)縫互操作。這些解決方案不僅基于標(biāo)準(zhǔn)，而且還通過(guò)了AdvancedTCA互操作性研討會(huì)（AIW）每年兩次的全面互操作性測(cè)試。 AdvancedTCA規(guī)范通過(guò)增添冗余、故障切換、以及AdvancedTCA機(jī)箱管理模塊間的主要管理信息同步等能力，已得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，足以支持電信應(yīng)用。2.2.7 可靠性AdvancedTCA規(guī)范支持完全冗余吞吐率（電源、背板、管理和刀片），確保無(wú)單點(diǎn)故障；抗震；熱插拔刀片，易于維護(hù)；高流量垂直冷卻可確保高性能硬件的運(yùn)行溫度適宜，從而最大限度延長(zhǎng)組建使用壽命。確保實(shí)現(xiàn)最短的平均故障恢復(fù)時(shí)間（MTTR）和最長(zhǎng)的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）。一些專(zhuān)有架構(gòu)要求背板使用有源組件，這可能會(huì)導(dǎo)致高昂的現(xiàn)場(chǎng)維修費(fèi)用。在AdvancedTCA架構(gòu)中，背板上沒(méi)有有源組件。此外，所有組件均具備現(xiàn)場(chǎng)熱插撥能力，而且該架構(gòu)還在各層提供了冗余功能。 為了支持電源管理，AdvancedTCA規(guī)范要求詳盡描述將以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)到熱插撥支架現(xiàn)場(chǎng)更換單元（FRU）設(shè)備中的機(jī)箱輸入功率、電壓饋電和其它變量，以降低由于背板故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的可能性。AdvancedTCA規(guī)范支持冗余支架FRU，從而使一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障不會(huì)影響到整個(gè)機(jī)箱。2.2.8 可維護(hù)性AdvancedTCA的設(shè)計(jì)旨在支持在前部對(duì)所有重要組件進(jìn)行維護(hù)，包括風(fēng)扇、交換結(jié)構(gòu)模塊、管理模塊和FRU等。多數(shù)ATCA機(jī)箱廠商在認(rèn)識(shí)到這一普遍的行業(yè)實(shí)踐后，都相繼實(shí)施了前部可維護(hù)的風(fēng)扇設(shè)備。AdvancedTCA機(jī)箱設(shè)計(jì)有模塊化、冗余/熱插撥風(fēng)扇托架，可消除機(jī)箱中風(fēng)扇發(fā)生單點(diǎn)故障的可能性。 AdvancedTCA提供了兩種機(jī)制來(lái)幫助防止刀片、主板和其它機(jī)箱級(jí)組件被意外插入錯(cuò)誤的插槽或與其各自的接口相偏離。第一種保護(hù)機(jī)制被稱(chēng)為電子鍵控（E-keying）。電子鍵控可以將存儲(chǔ)在機(jī)箱數(shù)據(jù)模塊（CDM）支架FRU設(shè)備中的機(jī)箱配置數(shù)據(jù)，與來(lái)自主板IPMI控制器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。當(dāng)主板被插入支架后，其IPMI控制器開(kāi)始加電，對(duì)主板進(jìn)行識(shí)別并確定是否需要對(duì)主板加電。此外，AdvancedTCA還指定了四種機(jī)械定位針（alignment pins），以確保主板插入一致，以防出現(xiàn)針位置偏移。2.2.9 中間件靈活性管理中間件提供了多種服務(wù)，以幫助監(jiān)視和管理系統(tǒng)組件，進(jìn)而最大限度地提高服務(wù)可用性。AdvancedTCA支持多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，包括SA論壇硬件平臺(tái)接口（HPI），該接口可與多種不同COTS中間件解決方案相集成。TEM可在其高可用性中間件上使用HPI，以縮短硬件修改和升級(jí)的開(kāi)發(fā)與測(cè)試時(shí)間。2.2.10 TDM支持雖然向IP網(wǎng)絡(luò)的移植正在如火如荼地展開(kāi)，但是還有大量現(xiàn)有的電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備依然采用時(shí)分雙工（TDM）機(jī)箱間同步時(shí)鐘控制，因此需要采用下一代通信架構(gòu)來(lái)滿足這一要求。 AdvancedTCA能夠靈活地支持傳統(tǒng)網(wǎng)元和下一代網(wǎng)元。ATCA規(guī)范全面支持TDM同步時(shí)鐘，因此廠商可以采用模塊化方式來(lái)實(shí)施它們。AdvancedTCA要求所有具有冗余功能的背板必須支持三種同步時(shí)鐘信號(hào)對(duì)，但廠商在使用時(shí)可以自由選擇。2.3 AMCAMC模塊采用交換結(jié)構(gòu)，像PCI Express、串行RapidIO和其他產(chǎn)品一樣支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，以太網(wǎng)則作為控制總線。AMC模塊的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是熱插拔性能。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，這些AMC模塊可以被從載板（機(jī)前側(cè)）上插入或者拔出。載板本身是具有熱插拔特性的，在更換AMC時(shí)，它可以保持插入狀態(tài)。從尺寸上來(lái)說(shuō)，最小規(guī)格的系統(tǒng)（73.4 x 173 mm）最多容納8個(gè)AMC模塊。AMC另一主要的優(yōu)勢(shì)是可以應(yīng)用更多功能強(qiáng)大的部件，這是因?yàn)锳MC規(guī)范允許更高的功耗。規(guī)格單寬或雙寬 全高；單寬或雙寬 半高尺寸73.4mm181.5mm(173可用)，板后高度最高2.6mm連接器屏蔽的不同部件（20個(gè)雙接口）內(nèi)部連接1千兆以太網(wǎng)，光纖通道，PCI-Express，IBX，XAUI，10千兆以太網(wǎng)帶寬1至 N10 Gbits/s管理IPMI熱插拔有電源25W（單寬，半高）；50W（單寬，全高）；60W（雙寬，全高）2.3.1 系統(tǒng)管理ATCA系統(tǒng)支持與熱插拔相關(guān)的多種結(jié)構(gòu)協(xié)議。這意味著，熱插拔過(guò)程需要被密切監(jiān)控。舉例來(lái)說(shuō)，假定ATCA系統(tǒng)用來(lái)支持PCI Express結(jié)構(gòu)，一個(gè)基于RapidIO的AMC模塊插在載卡上。此時(shí)，其對(duì)功率的要求可能超過(guò)載卡功耗分配（200W）而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。這是有害的，無(wú)論如何需要阻止其發(fā)生。因此，我們需要保持系統(tǒng)最大的靈活性。基于這個(gè)原因，ATCA-AMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)基于智能平臺(tái)管理接口（IPMI）的完全自主管理基本架構(gòu)。這意味著，對(duì)AMC模塊和載卡的執(zhí)行，使用一個(gè)管理結(jié)構(gòu)使配置數(shù)據(jù)的內(nèi)部交換變得非常簡(jiǎn)單。這個(gè)載卡，借助架構(gòu)管理器，首先需要檢驗(yàn)的是AMC卡在系統(tǒng)中是否可被接受。也就是說(shuō)，載卡需要獲得如下的信息：功耗分配、要求的通訊協(xié)議和其它參數(shù)。下圖是ATCA系統(tǒng)管理基本架構(gòu)的圖示。圖5 ATCA系統(tǒng)管理基本架構(gòu)以下是在插入過(guò)程中所涉及到的AMC熱插拔主要步驟：1) 載卡通過(guò)一個(gè)輸入信號(hào)檢測(cè)到一個(gè)AMC模塊將要被插入。此時(shí)，模塊的功能還不清楚，因此只有模塊管理控制器是加電的（確保#信號(hào)）。2) 模塊激活位于前面板上的藍(lán)色LED，并讀取已經(jīng)分配的地址。之后，MMC給載卡IPMI控制器（IPMC）發(fā)送一個(gè)IPMI信息，表明熱插拔已經(jīng)發(fā)生。3) 熱插拔交換一旦被激活，模塊就發(fā)送一條信息給載卡，信息是模塊熱插拔處理關(guān)閉。4) 反過(guò)來(lái)，載卡向模塊發(fā)送信息設(shè)置模塊LED狀態(tài)命令，藍(lán)色模塊LED開(kāi)始閃亮。操作員被告知插入的模塊可能被系統(tǒng)配置。5) 載卡等待從架構(gòu)管理控制器上獲得指令，是否實(shí)施配置。6) 載卡接到配置模塊的指令后，征詢(xún)模塊有關(guān)其功耗需求和其它參數(shù)（E-Keying）。這條信息被局部存儲(chǔ)器（FRU）上MMC讀取，并被發(fā)送到載卡IPMC上。從載卡IPMC上被發(fā)送到架構(gòu)管理器上。7) 只有架構(gòu)管理器已經(jīng)確認(rèn)并批準(zhǔn)模塊的功耗要求之后，載卡才能夠繼續(xù)配置。如果功耗要求不在載卡系統(tǒng)功耗預(yù)算之內(nèi)，架構(gòu)管理器拒絕此模塊，配置過(guò)程終止。8) 載卡IPMC翻譯模塊的E-Keying數(shù)據(jù)并對(duì)模塊和載卡的傳輸協(xié)議是否兼容進(jìn)行核實(shí)。這確保PCI Express和PCI Express相配，而不是和串行快速I(mǎi)O或任何其它協(xié)議相配。9) 當(dāng)已經(jīng)建立模塊與載卡的兼容，IPMC發(fā)送一條信息到MMC，信息名稱(chēng)為設(shè)置模塊LED狀態(tài)命令。之后，模塊關(guān)閉模塊LED，載卡將有效載荷功耗應(yīng)用于此模塊。模塊就已經(jīng)集成到系統(tǒng)并能執(zhí)行其功能。2.3.2 功耗與制冷和PMC相比，AMC規(guī)范允許更高功耗分配。盡管如此，人們必須非常小心的配置處理器AMC，因?yàn)樾碌奶幚砥?、芯片、?nèi)存甚至是板載電源會(huì)快速消耗電源功率。制冷很快就會(huì)成為問(wèn)題。ATCA系統(tǒng)的熱管理和AMC模塊是最為重要的。SBS采取可焊接存儲(chǔ)策略，而不是采用插入式存儲(chǔ)模塊。插入式存儲(chǔ)模塊需要一個(gè)連接器，連接器放置在氣流通道的中間，給空氣流通造成了障礙。這導(dǎo)致氣流碰撞并產(chǎn)生空氣墊。連接器后面的部件得不到很好地冷卻。另一方面，可焊接的部件對(duì)震蕩和振動(dòng)是不敏感的，模塊的MTBF較高。Telum ASLP10就具有很高的可靠性。第三章 面向PCI Express架構(gòu)的高級(jí)交換高級(jí)交換是一項(xiàng)新興的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)刀片到刀片（blade-to-blade）通信的標(biāo)準(zhǔn)化。它是一種多點(diǎn)、對(duì)等交換互連技術(shù)，能夠支持任何協(xié)議、多種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，利用擁塞管理提供可擴(kuò)展服務(wù)質(zhì)量（QoS），并可提供電信級(jí)高可用性特性。高級(jí)交換是唯一基于標(biāo)準(zhǔn)的光纖技術(shù)，支持基于數(shù)據(jù)包和單元的流量傳輸，包括PCI Express、以太網(wǎng)、IP、光纖通道、ATM、SONET/SDH、TDM等。通過(guò)眾多光纖技術(shù)選擇，如高級(jí)交換、萬(wàn)兆以太網(wǎng)、InfiniBand架構(gòu)、PCI Express架構(gòu)和StarFabric等，ATCA平臺(tái)能夠?yàn)榇罅繎?yīng)用提供帶寬可擴(kuò)展性支持。由于高級(jí)交換采用了與PCI Express架構(gòu)相同的物理和數(shù)據(jù)鏈路層，因此它能夠充分利用強(qiáng)大的PCI Express開(kāi)發(fā)商社區(qū)的優(yōu)勢(shì)，并獲得領(lǐng)先交換光纖廠商的支持。高級(jí)交換的優(yōu)勢(shì)包括： 支持采用標(biāo)準(zhǔn)和用戶定義協(xié)議接口的多協(xié)議封裝，使設(shè)計(jì)人員能夠簡(jiǎn)化設(shè)備設(shè)計(jì)并避免成本高昂的協(xié)議轉(zhuǎn)換。 支持來(lái)自大型PCI Express價(jià)值鏈的重新利用和規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。 無(wú)需協(xié)議或電氣修改便可提供多條帶有多種鏈路尺寸的可擴(kuò)展串行通道。 支持增強(qiáng)型服務(wù)質(zhì)量（QoS）機(jī)制從簡(jiǎn)到繁擴(kuò)展，包括擁塞管理、外出安排（egress scheduling）、多個(gè)虛擬通道和多個(gè)流量類(lèi)別。 通過(guò)完全冗余、故障識(shí)別與隔離、安全性和基于硬件的可靠傳輸來(lái)提供電信級(jí)高可用性。 部署多種本地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力，包括通過(guò)加載/存儲(chǔ)或隊(duì)列移動(dòng)模式的基于套接字（sockets）的通信。第四章 電信級(jí)操作系統(tǒng)電信級(jí)要求極為強(qiáng)大可靠的操作系統(tǒng)，來(lái)提供電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所需的高級(jí)管理能力。隨著網(wǎng)絡(luò)融合的深入，真正的多媒體電信服務(wù)不久將會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這將帶動(dòng)對(duì)更多容量和優(yōu)化架構(gòu)的需求，以便使這些服務(wù)能夠帶來(lái)持久的利潤(rùn)。模塊化通信平臺(tái)提供了多種電信級(jí)操作系統(tǒng)選擇，它們?cè)谔峁╅_(kāi)放軟件環(huán)境優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，滿足了這些嚴(yán)格的要求。對(duì)于選擇Linux的開(kāi)發(fā)商而言，電信級(jí)Linux（CGL）無(wú)疑是AdvancedTCA平臺(tái)的首選操作系統(tǒng)。CGL的優(yōu)勢(shì)在于，它是由眾多從事AdvancedTCA開(kāi)發(fā)與規(guī)范制定的同類(lèi)公司和開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)而成，從而確保了緊密集成與支持。這十分重要，因?yàn)檎{(diào)整和“強(qiáng)化”電信級(jí)操作系統(tǒng)需要對(duì)平臺(tái)的規(guī)范和要求有一個(gè)深入的了解。為滿足運(yùn)營(yíng)商的要求，電信級(jí)Linux支持多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域： 高性能和高可擴(kuò)展性，操作系統(tǒng)平臺(tái)可支持?jǐn)?shù)百萬(wàn)用戶；典型處理：每節(jié)點(diǎn)每秒可進(jìn)行幾百到幾千次處理； 可靠性，防止任何單點(diǎn)故障的硬件裝置；至少需要達(dá)到5個(gè)“9” 高可用性，支持在線-待機(jī)/在線-在線集群；冗余網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)； 在線更新和升級(jí)，最大限度縮短停機(jī)時(shí)間的升級(jí)機(jī)制；第五章 服務(wù)可用性論壇中間件接口現(xiàn)在的用戶希望在他們需要時(shí)能夠不間斷地提供新服務(wù)。為滿足這一需求，通信設(shè)備需要在滿足上市時(shí)間和成本限制的同時(shí)，集成最高水平的可用性和可靠性。服務(wù)可用性論壇的成員均為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的通信和計(jì)算公司，他們致力于共同開(kāi)發(fā)和推廣高可用性及管理軟件接口規(guī)范，從而支持使用商業(yè)化（COTS）硬件平臺(tái)、中間件和服務(wù)應(yīng)用提供具有高可用性的電信級(jí)系統(tǒng)。服務(wù)可用性論壇促進(jìn)并幫助業(yè)界采用這些規(guī)范?；陂_(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)可用性高可用性中間件API為創(chuàng)建開(kāi)放編程環(huán)境而設(shè)計(jì)，該環(huán)境可用來(lái)簡(jiǎn)化升級(jí)和提供增強(qiáng)的廠商互操作性。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，服務(wù)可用性論壇向電信行業(yè)推出了標(biāo)準(zhǔn)的API規(guī)范。使用管理中間件的目的在于為監(jiān)視與管理平臺(tái)組件提供服務(wù)，以期達(dá)到100%的服務(wù)可用性目標(biāo)。反過(guò)來(lái)，這還需要一個(gè)能提供最大范圍管理中間件產(chǎn)品選擇的強(qiáng)大開(kāi)發(fā)商群體，為開(kāi)發(fā)商提供匹配可管理性與特定系統(tǒng)服務(wù)需求的自由性。服務(wù)可用性中間件得到了AdvancedTCA的有效補(bǔ)充，AdvancedTCA能支持多種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱管理接口，包括CLI、SNMP、HTTP、RPC、HPI和RMCP（局域網(wǎng)上的IPMI），并能輕松地集成不同廠商的商業(yè)化（COTS）中間件解決方案。這種高水平的接口標(biāo)準(zhǔn)化和靈活性可避免TEM從頭開(kāi)發(fā)應(yīng)用，而且也無(wú)需將應(yīng)用移植到每個(gè)新硬件平臺(tái)。第六章 高速互連串行總線在板到板連接中，兩塊板是通過(guò)一個(gè)背板連接的。在這種情況下，高速串行連接在三個(gè)分段上路由。第一分段是在稱(chēng)為入口板的源上，第二分段是在背板上，第三分段是在目的地或出口板上。連接入口板和出口板到背板的兩個(gè)背板連接器，是這個(gè)多分段走線的一部分。板與板互連的典型走線長(zhǎng)度在20-40英寸之間，在每個(gè)入口和出口板上有5-6英寸的走線，背板走線有10-28英寸。XAUI是最流行的背板串行接口標(biāo)準(zhǔn)，而PCI Express、SPI-5和串行RapidIO是面向芯片到與芯片及板到板應(yīng)用的三種前景看好的高速串行接口。 在機(jī)架到機(jī)架連接中，在幾米和幾公里之間的兩個(gè)或兩個(gè)以上機(jī)架通過(guò)光纖或銅軸線纜系在一起。以太網(wǎng)和Infiniband是針對(duì)機(jī)架到機(jī)架連接的最流行標(biāo)準(zhǔn)。6.1 SERDESSERDES是英文SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是一種時(shí)分多路復(fù)用(TDM)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信技術(shù)，即在發(fā)送端多路低速并行信號(hào)被轉(zhuǎn)換成高速串行信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳輸媒體(光纜或銅線)，最后在接收端高速串行信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成低速并行信號(hào)。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信技術(shù)充分利用傳輸媒體的信道容量，減少所需的傳輸信道和器件引腳數(shù)目，從而大大降低通信成本。SERDES技術(shù)最早應(yīng)用于廣域網(wǎng)(WAN)通信。國(guó)際上存在兩種廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：一種是SONET，主要通行于北美；另一種是SDH，主要通行于歐洲。這兩種廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制訂了不同層次的傳輸速率。目前萬(wàn)兆(OC-192)廣域網(wǎng)已在歐美開(kāi)始實(shí)行，中國(guó)大陸已升級(jí)到2.5千兆(OC-48)水平。SERDES技術(shù)支持的廣域網(wǎng)構(gòu)成了國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)。SERDES技術(shù)同樣應(yīng)用于局域網(wǎng)(LAN)通信。因?yàn)镾ERDES技術(shù)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)ISO模型的物理層，SERDES通常被稱(chēng)之為物理層(PHY)器件。以太網(wǎng)是世界上最流行的局域網(wǎng)，其數(shù)據(jù)傳輸速率不斷演變。IEEE在2002年通過(guò)的萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，把局域網(wǎng)傳輸速率提高到了廣域網(wǎng)的水平，并特意制訂了提供局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)無(wú)縫聯(lián)接的串行WAN PHY。與此同時(shí)，SERDES技術(shù)也廣泛應(yīng)用于不斷升級(jí)的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(SAN)，例如光纖信道。基于SERDES的高速串行接口采用以下措施突破了傳統(tǒng)并行I/O接口的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸：一是采用差分信號(hào)傳輸代替單端信號(hào)傳輸，從而增強(qiáng)了抗噪聲、抗干擾能力；二是采用時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)代替同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，從而解決了限制數(shù)據(jù)傳輸速率的信號(hào)時(shí)鐘偏移問(wèn)題。圖6 SERDES收發(fā)機(jī)一個(gè)典型SERDES收發(fā)機(jī)由發(fā)送通道和接收通道組成(見(jiàn)圖6)：編碼器、串行器、發(fā)送器以及時(shí)鐘產(chǎn)生電路組成發(fā)送通道；解碼器、解串器、接收器以及時(shí)鐘恢復(fù)電路組成接收通道。顧名思義，編碼器和解碼器完成編碼和解碼功能，其中8B/10B、64B/66B和不規(guī)則編碼(scrambling)是最常用的編碼方案。串行器和解串器負(fù)責(zé)從并行到串行和從串行到并行的轉(zhuǎn)換。串行器需要時(shí)鐘產(chǎn)生電路，時(shí)鐘發(fā)生電路通常由鎖相環(huán)(PLL)來(lái)實(shí)現(xiàn)。解串器需要時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR)，時(shí)鐘恢復(fù)電路通常也由鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但有多種實(shí)現(xiàn)形式如相位插植、過(guò)剩抽樣等。發(fā)送器和接收器完成差分信號(hào)的發(fā)送和接收，其中LVDS和CML是最常用的兩種差分信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。另外還有一些輔助電路也是必不可少的，例如環(huán)路(loopback)測(cè)試、內(nèi)置誤碼率測(cè)試等等。通信標(biāo)準(zhǔn)制訂了嚴(yán)格的性能指標(biāo)以確保系統(tǒng)的可靠性和互用性。SERDES芯片的主要性能指標(biāo)包括抖動(dòng)產(chǎn)生、抖動(dòng)容忍、抖動(dòng)轉(zhuǎn)移以及系統(tǒng)誤碼率(BER)等。抖動(dòng)產(chǎn)生取決于時(shí)鐘發(fā)生電路特別是壓控振蕩器(VCO)的相位噪聲；抖動(dòng)容忍取決于時(shí)鐘恢復(fù)電路容忍抖動(dòng)的能力，而抖動(dòng)轉(zhuǎn)移是在用作中繼器時(shí)必須滿足的指標(biāo)，同時(shí)取決于時(shí)鐘發(fā)生和時(shí)鐘恢復(fù)電路的性能。系統(tǒng)誤碼率(通常要求低于10-12)由時(shí)鐘抖動(dòng)性能、發(fā)送器信號(hào)幅度、接收器靈敏度以及鏈路信道特性共同決定。對(duì)于普通FR4印刷電路板而言，趨膚效應(yīng)和介質(zhì)損耗導(dǎo)致的碼間(intersymbol)干擾是限制背板傳輸速率和距離的最主要因素。因此，信號(hào)均衡甚至自適應(yīng)均衡技術(shù)正在成為SERDES芯片的核心技術(shù)。信號(hào)均衡技術(shù)可以在發(fā)送端實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)之為預(yù)加重(pre-emphasis)，也可以在接收端實(shí)現(xiàn)，例如判決反饋均衡。目前采用先進(jìn)的均衡技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)40英寸(1米)距離的10G背板傳輸。SERDES芯片的設(shè)計(jì)需要模擬和數(shù)字兩方面即混合信號(hào)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。例如鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)，其中壓控振蕩器屬于模擬電路，而檢相器和分頻器屬于數(shù)字電路。SERDES芯片普遍采用低成本、低功耗的CMOS工藝，但CMOS工藝往往達(dá)不到高速混合信號(hào)的速度要求。因此設(shè)計(jì)人員必須采用特殊的高頻寬帶電路設(shè)計(jì)技術(shù)，例如螺旋電感可以用來(lái)提高電路速度和帶寬。另外，模擬和數(shù)字電路共存于同一硅片上，容易產(chǎn)生電源同步噪聲(SSN)和地反彈以及信號(hào)串?dāng)_。因此保持信號(hào)的完整性是混合信號(hào)設(shè)計(jì)人員面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，芯片封裝和印刷電路板的設(shè)計(jì)與仿真也是SERDES設(shè)計(jì)不可或缺的一環(huán)。當(dāng)前SERDES設(shè)計(jì)逐漸IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))化，即SERDES收發(fā)器作為商業(yè)化IP模塊而嵌入到需要高速I(mǎi)/O接口的大規(guī)模集成電路中。SERDES技術(shù)的應(yīng)用從光纖通信發(fā)展到計(jì)算機(jī)通用I/O接口，其傳輸媒體也由光纖發(fā)展到銅線或背板。InfiniBand是一種采用電纜或背板作為傳輸媒體的高速串行接口，主要用于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間的通信。RapidIO是一種面向嵌入式系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)，有并行和串行兩種規(guī)范，主要用于嵌入系統(tǒng)的處理器總線，局部I/O總線及背板。光互聯(lián)論壇(OIF)制訂了多種光纖通信芯片之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，其中公共電氣接口(CEI)把背板通信速率提高到6G和11G的水平。作為計(jì)算機(jī)接口技術(shù)從并行向串行的標(biāo)志性轉(zhuǎn)變，PCI Express將會(huì)取代PCI和PCI-X而成為外圍設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和視頻)的通用高速接口標(biāo)準(zhǔn)。在此轉(zhuǎn)變過(guò)程中，提供向下兼容的 “橋接器件”會(huì)率先推向市場(chǎng)，隨后是完全基于PCI Express的外圍設(shè)備板卡。與此同時(shí)，PCI Express的應(yīng)用也向通信領(lǐng)域拓展，基于PCI Express架構(gòu)的“先進(jìn)交換”就是面向通信而提出的。6.2 高速、高密度夾層連接器6.2.1 背板連接器市場(chǎng)上目前已有的高速背板連接器如ERmet ZD連接器，其設(shè)計(jì)主要解決信號(hào)帶寬、信號(hào)損失及電纜處理等方面的挑戰(zhàn)。電信、數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展是高速連接器，尤其是背板、板對(duì)板和I/O產(chǎn)品走向高速的推動(dòng)因素。為了滿足高速應(yīng)用的需求，需要對(duì)接地、端子?xùn)艠O及屏蔽的時(shí)候進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，其中最大的挑戰(zhàn)是接地系統(tǒng)。高頻接地可以通過(guò)連接器的接地板和信號(hào)端子的特殊放置定位來(lái)控制。而與高速、高密度連接器同樣流行的是微小型連接器，尤其是在消費(fèi)及通信類(lèi)應(yīng)用中。在新的數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)乃俾释荚趲讉€(gè)千兆比特。因此電路設(shè)計(jì)師必須把連接器作為整個(gè)傳輸線的一部分考慮進(jìn)去，包括阻抗、傳播延遲、時(shí)滯和串?dāng)_等因素。背板則是互連系統(tǒng)眾多組分的核心。提升系統(tǒng)傳輸速度到千兆比特的解決方案就是夾層連接器和電纜背板互連。因此，設(shè)計(jì)工程師在初始設(shè)計(jì)階段就必須考慮到背板和夾層連接器。在高速系統(tǒng)中，單端信號(hào)被差分信號(hào)取代，意味著信號(hào)通過(guò)一對(duì)專(zhuān)用線路的電壓差來(lái)表達(dá)。因此，每個(gè)差分信號(hào)需要兩條不同的電線，但是噪音隔離性能（防串?dāng)_和EMI）更好，并且工作電壓更低。為了更好地控制阻抗、降低串?dāng)_并提高差分信號(hào)間的耦合作用，高速連接器都演變成完全屏蔽而且像對(duì)稱(chēng)電纜那樣運(yùn)行。差分信號(hào)對(duì)必須同時(shí)達(dá)到傳輸目的地，因此傳導(dǎo)線的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)必須盡可能減少信號(hào)對(duì)長(zhǎng)度的差異和信號(hào)時(shí)滯。鍍通孔的電容式信號(hào)噪音產(chǎn)生及反射的一個(gè)主要來(lái)源，所以表面貼或通孔回流的端接方式能提供更好的信號(hào)完整性。ERmet ZD連接器有以下構(gòu)型：4對(duì)型(每片極板上4對(duì)信號(hào))共40對(duì)差分信號(hào)，3對(duì)型(每片極板上3對(duì)信號(hào))共30對(duì)差分信號(hào)及2對(duì)型(每片極板上2對(duì)信號(hào))共20對(duì)差分信號(hào)。按照IEC 61076-101標(biāo)準(zhǔn)，ERmet ZD的尺寸可與2mm HM ERmet配搭。舉例說(shuō)，他們的長(zhǎng)度都是25mm。取決於模組的寬度，有可能將ERmet ZD 2對(duì)型和ERmet A、B、AB和C型組合成3HP寬的模組，或是將ERmet ZD 4對(duì)型和ERmet D、E、DE和F型組合成5 HP寬的模組應(yīng)用在PCB上，而不損失任何空間。ZD 3對(duì)型則可以使用4 HP寬的模組。如此眾多的構(gòu)型，使得不同的用戶可以各取所需。其中4對(duì)型被ATCA選用。母連接器上堅(jiān)實(shí)的預(yù)定位導(dǎo)向彌補(bǔ)了公差並確?？煽康牟迦?。L型遮罩片則給信號(hào)端子提供了額外的保護(hù)，眾多的優(yōu)化設(shè)計(jì)及高效率的遮罩，使得ERmet ZD系統(tǒng)對(duì)串音和反射有極強(qiáng)的免疫能力。6.2.2 夾層連接器新型夾層連接器的設(shè)計(jì)要求首先就是高速、高密度，以達(dá)到10Gbps的速度。其次要能夠同時(shí)傳輸單端和差分信號(hào)，因此對(duì)夾層連接器的端子要特別設(shè)計(jì)。為了節(jié)省電路板空間，超薄的設(shè)計(jì)及緊湊的線路圖也必不可少。MicroSpeed是一款滿足夾層板應(yīng)用帶寬增加的新型高密度平行板間連接器。模塊化設(shè)計(jì)的MicroSPeed連接器系統(tǒng)由兩排信號(hào)針組成，并有兩片外布的屏蔽片。此連接器提供5毫米間距的板對(duì)板連接，能節(jié)省電路板空間。其應(yīng)用領(lǐng)域包括現(xiàn)代電信、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及測(cè)量、醫(yī)療等行業(yè)。此外，表面貼端接方式可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的裝配和回流焊接。MicroSpeed連接器的縱向間距是1.0毫米，橫向間距則為1.5毫米（出于阻抗考慮）。差分信號(hào)對(duì)可以水平排布或豎直排布。在豎直排布時(shí)，信號(hào)對(duì)的豎直構(gòu)型（從縱向到橫向）、信號(hào)和屏蔽端子對(duì)達(dá)到最佳串?dāng)_性能。測(cè)量結(jié)果顯示在100ps的上升時(shí)間。串?dāng)_小于2%-反射率小于5%（板厚1.6毫米）-眼圖非常理想（FR4板材，100毫米長(zhǎng)傳輸線）。不僅如此，MicroSpeed連接器達(dá)到了100%的共面性（公差+/-0.05毫米）。ERNI端子系統(tǒng)的杰出公差使得在一塊板上排布多個(gè)夾層連接器成為可能，且不會(huì)帶來(lái)插把或端子的問(wèn)題。差分信號(hào)的阻抗是100歐姆，單端信號(hào)則為50歐姆。盡管信號(hào)端接方式采用了表面貼，接地端的端接用戶則可以選擇使用表面貼或是通孔回流。接地端子也提供了應(yīng)力消除。連接器模塊的長(zhǎng)度是27毫米包括50個(gè)信號(hào)端子和兩塊屏蔽板。當(dāng)模塊相連接時(shí)幾乎不浪費(fèi)任何空間。這樣的設(shè)計(jì)可以在6步上下加入更多針數(shù)。ERNI的MicroStac供電源連接器是很好組合。MicroSpeed公母連接器均采用卷軸包裝（500個(gè)/卷）用于全自動(dòng)裝配，其他一些設(shè)計(jì)上的特征包括可快速識(shí)別的黑色LCP絕緣體、預(yù)裝配取放墊等。同時(shí)也為高速連接設(shè)計(jì)工程師準(zhǔn)備了SPICE模型。多塊裝有MicroSpeed連接器的電路板被用于測(cè)試表面貼和通孔回流/引腳浸錫膏的焊接質(zhì)量。例如，把MicroSpeed用Sn62/Ph36/Ag2焊料通孔回流焊接在一塊2毫米厚的電路板上（MicroSpeed連接器已符合無(wú)鉛要求），觀察到的表面貼和通孔回流都有出色的焊接結(jié)果。信號(hào)完整性通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析器和專(zhuān)用的測(cè)試板（FR4板材，包括200毫米長(zhǎng)的微波傳輸線）檢驗(yàn)。測(cè)得的眼圖顯示出非常好的差分阻抗和衰減。在10Gbps速率下，一對(duì)結(jié)合的信號(hào)對(duì)+/-0.5（1.0伏）的縱向差分衰減為640毫伏（64%），其相關(guān)的橫向差分衰減則為680毫伏（68%）。第七章 散熱技術(shù)由于更快的處理器帶來(lái)的更高的能耗，ATCA 標(biāo)準(zhǔn)化組織的一個(gè)重要任務(wù)就是以一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確保系統(tǒng)的散熱能力。標(biāo)準(zhǔn)中定義了每片ATCA 前插卡（front board）的最大功率耗散為200W。此功率耗散由每片IC 所發(fā)散的熱量來(lái)計(jì)算。在標(biāo)準(zhǔn)的第一版中，后插卡（RTM）的最大耗散功率規(guī)定為5W 每板。因?yàn)?，在?biāo)準(zhǔn)定義時(shí)，假設(shè)RTM 上僅僅會(huì)布置散熱量極小的被動(dòng)元件。但是實(shí)際上，在RTM 上的散熱常常會(huì)達(dá)到15W 每板甚至更高。這樣，一個(gè)14slot 的ATCA 系統(tǒng)的熱耗散可能會(huì)達(dá)到3kW。而且這個(gè)值是不計(jì)風(fēng)扇模塊，系統(tǒng)管理模塊（shelf management）與電源輸入模塊（PEM）的。對(duì)于16slot 系統(tǒng)，這個(gè)值會(huì)是3.4kW。為了冷卻如此高的能耗，我們需要使用更復(fù)雜周密的散熱技術(shù)。不僅需要滿足基本的散熱需求，還要實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的需求。例如：為了滿足高可靠性要求，必須使用冗余的系統(tǒng)。也就是說(shuō)個(gè)別風(fēng)扇的失效不可以影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了確保系統(tǒng)應(yīng)用的通用性，系統(tǒng)中的冷卻空氣的流動(dòng)方向必須是從前下部向系統(tǒng)的后上部流動(dòng)。不僅如些，NEBS.與ETSI 還嚴(yán)格的限定了系統(tǒng)的噪音水平。進(jìn)一步的需求還包括更適宜密集安裝要求的ATCA 系統(tǒng)高度，這樣同樣大小的區(qū)域就可以安裝更多的設(shè)備。風(fēng)冷的兩種基本形式：推風(fēng)與抽風(fēng)。推風(fēng)就是風(fēng)扇位于板卡下方的進(jìn)風(fēng)口，冷卻氣流的上游。反之抽風(fēng)，風(fēng)扇位于板卡的上方。這兩種形式各有其利弊，它們會(huì)影響到諸如，風(fēng)扇壽命，氣流體積流量，氣流分布與ATCA 系統(tǒng)的高度等因素。7.1 壽命與流量對(duì)于推風(fēng)的方案來(lái)說(shuō)，風(fēng)扇位于冷卻氣流中，對(duì)于其壽命具有正面的影響。對(duì)于抽風(fēng)方案來(lái)說(shuō)，風(fēng)扇位于冷卻后的熱氣流中。這會(huì)影響到風(fēng)扇的機(jī)械結(jié)構(gòu)（軸承，潤(rùn)滑油）與電子器件，因而降低風(fēng)扇的預(yù)期壽命。這種影響也許可以通過(guò)合適的手段在某種程度上減少，但是無(wú)法完全消除。風(fēng)扇本身也發(fā)熱，這個(gè)效應(yīng)不應(yīng)當(dāng)忽略。對(duì)一個(gè)推風(fēng)系統(tǒng)，這份熱量(大約20 到30W)需要被計(jì)入整體的熱量。而對(duì)于抽風(fēng)系統(tǒng)，這份熱量不會(huì)影響散熱性能。實(shí)際上是空氣的質(zhì)量而不是體積來(lái)帶走熱量的?？諝庠綗?，相同體積中空氣的質(zhì)量越小。因此，推風(fēng)系統(tǒng)在相同的體積流量下能夠較抽風(fēng)系統(tǒng)帶走更多的熱量。假定在溫升為15 度的情況下，這種性能的領(lǐng)先程度大約是5。7.2 氣流速度抽風(fēng)系統(tǒng)能夠比較容易的實(shí)現(xiàn)不同槽位中不同深度位置的板卡上具有均勻的氣流速度。推風(fēng)系統(tǒng)中，不同的風(fēng)扇幾何結(jié)構(gòu)決定氣流的速度。市面上的ATCA 板卡的風(fēng)阻值范圍從10Pa至50Pa 不等。如果你插入一塊插滿板卡的AMC 載卡，風(fēng)阻可以輕易的達(dá)到80Pa。如果風(fēng)阻差距較大的板卡比鄰而插的話，抽風(fēng)系統(tǒng)會(huì)在板卡間按風(fēng)阻的反比分配氣流。也就是說(shuō)，風(fēng)阻較小，發(fā)熱較少的板卡反而會(huì)有較多的氣流流過(guò)，而相鄰的具有較大風(fēng)阻，較大發(fā)熱量的板卡流經(jīng)的氣流較少。推風(fēng)系統(tǒng)中也有這個(gè)問(wèn)題，但是沒(méi)有這么顯著，因?yàn)轱L(fēng)扇距板卡較近，氣流來(lái)不及分配就已經(jīng)被吹入板卡間。抽風(fēng)系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)使用離心風(fēng)扇。這些風(fēng)扇從底部吸入空氣，然后從后面水平將空氣吹出。這樣，空氣可以自然的轉(zhuǎn)彎，這樣氣流具有較推風(fēng)系統(tǒng)較小的壓力損失因而具有較大的流量。而且離心風(fēng)扇具有較高靜壓的特性，對(duì)于較大風(fēng)阻的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)非常重要。7.3 空氣過(guò)濾推風(fēng)系統(tǒng)會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生過(guò)剩的壓力。通過(guò)無(wú)法消除的小間隙，例如插頭周?chē)?，EMC 密封等，這些過(guò)剩的氣壓會(huì)泄漏出去，不會(huì)有什么影響。對(duì)于抽風(fēng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，板卡間會(huì)產(chǎn)生低壓區(qū)，因此如果沒(méi)有合適的空氣過(guò)濾，通過(guò)板卡的空氣中的灰塵可能會(huì)沉積下來(lái)。為了避免灰塵的沉積，完整的ATCA 系統(tǒng)需要一個(gè)空氣濾清裝置。由于預(yù)期RTM 的功耗將會(huì)增加，必須使用強(qiáng)制對(duì)流。因此，流經(jīng)前插卡與RTM 的空氣一定要分隔開(kāi)。這個(gè)由背板上的開(kāi)口來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)開(kāi)口可以向RTM 引入特定流量的空氣。對(duì)于推風(fēng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要在風(fēng)扇與板卡間布置過(guò)濾裝置。這樣可以得到更大的過(guò)濾面積與更好的氣流分布。這種方式的劣勢(shì)在于導(dǎo)入RTM 板卡的空氣沒(méi)有得到過(guò)濾。而這在抽風(fēng)系統(tǒng)中可以通過(guò)布置好空氣過(guò)濾器輕易的實(shí)現(xiàn)，而且流向RTM 的空氣也還可以得到過(guò)濾。7.4 與背板的連接推風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)扇模塊可以直接連接在背板上。因?yàn)榇藭r(shí)的背板只是機(jī)殼的一個(gè)自然的延伸。而對(duì)于抽風(fēng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，ATCA 背板無(wú)法延伸整個(gè)的機(jī)柜高，風(fēng)扇的連接需要更多的費(fèi)用和努力，而且會(huì)降低整體的可靠性。7.5 空間需求由于ATCA 系統(tǒng)的深度(280mm)，需要共享同一進(jìn)風(fēng)口的串列安裝兩個(gè)風(fēng)扇(推風(fēng)系統(tǒng))。離心風(fēng)扇因?yàn)榭梢蕴峁└叩娘L(fēng)壓，因此可以安裝在較軸流與跨流風(fēng)扇更高的位置。因此推風(fēng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)12U 的ATCA 系統(tǒng)，而抽風(fēng)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)工作在較優(yōu)化的工作點(diǎn)需要更多的空間13U 這多出來(lái)的高度在很多場(chǎng)合是關(guān)鍵的區(qū)別，因?yàn)樗鼪Q定了一個(gè)機(jī)柜可以裝2 個(gè)還是3 個(gè)機(jī)箱。在ATCA 系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理模塊根據(jù)系統(tǒng)的散熱需求控制著風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。更準(zhǔn)確的講，系統(tǒng)管理模塊通過(guò)處理傳感器采集的信息，據(jù)此控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)一個(gè)ATCA 系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，風(fēng)扇被設(shè)置在工作于最低轉(zhuǎn)速。每一塊ATCA 板卡應(yīng)該具有一個(gè)或者多個(gè)位于板卡溫度最危險(xiǎn)處的溫度傳感器，這些傳感器應(yīng)當(dāng)通過(guò)IPMB 界面與系統(tǒng)管理板進(jìn)行通信。傳感器上設(shè)定了三個(gè)閾值檔次，第一級(jí)就是所謂的無(wú)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)。如果溫升高于第一級(jí)，傳感器將向系統(tǒng)管理模塊發(fā)送信號(hào)，系統(tǒng)管理模塊將風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的速度提高一級(jí)。在Schroff 的ATCA 系統(tǒng)上，有16 級(jí)。這個(gè)過(guò)程每30 秒重復(fù)一次，直到溫升降低到這個(gè)閾值之下。這時(shí)，系統(tǒng)管理模塊再次以每30 秒降低一級(jí)來(lái)降低噪音水平，并且可以提高風(fēng)扇的預(yù)期壽命。如果溫升高于第二級(jí)閾值，所謂的危險(xiǎn)閾，風(fēng)扇速度將開(kāi)到最大，并且系統(tǒng)管理模塊將與ATCA 板通訊，要求它降低性能，且報(bào)警狀態(tài)也將被設(shè)定為主要告警（Major）。如果溫升超過(guò)第三級(jí)，不可恢復(fù)閾，相應(yīng)的板卡將會(huì)從系統(tǒng)中斷開(kāi)以避免對(duì)板卡的傷害，甚至更糟的燃燒。與些同時(shí)，警報(bào)狀態(tài)也被設(shè)定為危急告警（critical）。除了板卡上的溫度傳感器之外，機(jī)箱上面也有傳感器。進(jìn)風(fēng)口處有三個(gè)溫度傳感器，它們主要是用來(lái)確定環(huán)境溫度是否在適宜的范圍內(nèi)。出風(fēng)口處還有三個(gè)傳感器，如果出風(fēng)口傳感器中的一個(gè)高于不可恢復(fù)閾值，風(fēng)扇將會(huì)全開(kāi)，系統(tǒng)管理模塊斷開(kāi)所有的板卡，并設(shè)定Telco報(bào)警狀態(tài)為critical。另外所有的FRU 上都有溫度傳感器，例如系統(tǒng)管理模塊，風(fēng)扇控制，還有電源輸入模塊。這些傳感器也會(huì)根據(jù)上述的算法來(lái)動(dòng)作。通過(guò)這樣一系列的措施來(lái)保證ATCA 系統(tǒng)是一個(gè)高度安全