Mit einem Prozessorboard, zwei Netzwerkcontrollern, einem XMC Carrier sowie einem Sata-Festplattencarrier bietet Kontron die wichtigsten Komponenten für CompactPCI Serial.

Mit einem Prozessorboard, zwei Netzwerkcontrollern, einem XMC Carrier sowie einem Sata-Festplattencarrier bietet Kontron die wichtigsten Komponenten für CompactPCI Serial. Kontron

CompactPCI Serial (CPCI-S.0) ist die Weiterentwicklung des CompactPCI-Standards der PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG). Der Standard eröffnet der Compact-PCI-Spezifikation einen neuen Lebenszyklus: Statt des parallelen PCI-Busses stehen nun über die Backplane die seriellen High-Speed-Verbindungen PCI Express, Sata, USB sowie Ethernet zur Verfügung. Die Spezifikation ermöglicht Datenübertragungsraten von mehreren Gigabyte pro Sekunde. Zum Vergleich: Der maximale Datendurchsatz über ein paralleles PCI-Interface in CompactPCI beträgt lediglich 0,264 GB/s. Folglich sind mit CompactPCI Serial ganz neue Systemkonfigurationen möglich.

Industrielle Applikationen für das modulare System gibt es viele. Sie reichen von der industriellen Bildverarbeitung über die Visualisierungshardware in Leitwarten bis hin zu bildgebenden Verfahren und vielfältigen Mess-, Steuer und Regelsystemen. Mit CompactPCI Serial lassen sich skalierbare Multi-Prozessorsysteme und CPU-Cluster über Ethernet umsetzen, bei denen beispielsweise die komplexen Berechnungen bildgebender Verfahren auf mehrere Baugruppen verteilt werden. Und über die Sata-Interfaces lassen sich leistungsfähige Raid-Systeme mit bis zu acht Sata-Lanes für Harddisk-Shuttles umsetzen. Diese können OEMs beispielsweise für die Datenaufzeichnung von Videoüberwachungssystemen nutzen. Ebenso denkbar sind NAS-Systeme (Network Attached Storage) für den Datenzugriff aus der Cloud, die aus einem Mix von Ethernet-vernetzten CPU-Baugruppen und Sata-Harddisk-Shuttles bestehen.
Für Leitwarten attraktiv sind Multimonitorsysteme mit mehreren Grafikkarten zur Ansteuerung von bis zu 32 Displays bei acht Steckplätzen, sofern jede Grafikkarte vier Monitore unterstützt. Über USB lassen sich zudem viele I/O-Interfaces sowie flexible Drahtlos-Konfigurationen mit Wlan, UMTS, HDSPA, LTE und GSM umsetzen. Auch gemischte Lösungen sind realisierbar, die in einem Baugruppenträger sowohl parallele CompactPCI-Boards als auch serielle Compact-PCI I/O-Boards kombinieren.

Typischer Aufbau eines hybriden Systems mit CPCI-S.0 Backplane (links), Systemslot in der Mitte, Kontrons erstem CompactPCI-Serial-Prozessorboard CPS3003-SA  und klassischen CompactPCI-Steckplätzen.

Typischer Aufbau eines hybriden Systems mit CPCI-S.0 Backplane (links), Systemslot in der Mitte, Kontrons erstem CompactPCI-Serial-Prozessorboard CPS3003-SA und klassischen CompactPCI-Steckplätzen. Kontron

Mehr Datendurchsatz durch Steckverbinder

Im Wesentlichen wurde bei Compact PCI Serial nur der bisherige Steckverbinder gegen einen neuen mit höherer Übertragungskapazität getauscht. Alle anderen Basiskomponenten der Spezifikation können weiter verwendet werden. Insgesamt stehen über die Backplane bis zu 600 Pins beziehungsweise 184 differenzielle Pinpaare zur Verfügung. Der Konnektor erlaubt es dabei, Frequenzen von 12 GBit/s zu übertragen. Diese Bandbreite reicht aus, um problemlos alle aktuellen und kommenden Busfrequenzen zu verarbeiten. Damit Boards für CompactPCI Serial nicht in CompactPCI-Systeme gesteckt werden können, wurde die Stecker-Konfiguration von male auf female geändert: Bei CompactPCI Serial haben jetzt die Boards Pins, während auf der Backplane die Buchsen montiert sind. Dieser Wechsel hat auch Vorteile für das Systemmanagement: Auf der Backplane können keine Pins mehr verbogen werden.

Neben dem Steckverbinder bietet CompactPCI Serial eine stabilere Backplane: Sie hat ein mittig liegendes Führungselement, das ein Verbiegen vermeidet und das präzise Stecken der Boards besser unterstützt. Die Backplane unterstützt durchgängig 12 V, was den Aufbau des Netzteils erleichtert. In der Basis-Spezifikation unterstützt die Backplane ein Systemslot und bis zu acht Peripherieboards. Der Systemslot agiert dabei als Ausgangspunkt zur sternförmigen Versorgung jedes Slots mit PCI-Express, Sata und USB. Ethernet wird sowohl in Star- als auch Full-Mesh-Konfigurationen unterstützt. Da bereits viele Schnittstellen spezifiziert sind, bietet die Spezifikation zudem eine verbesserte Interoperabilität.

Migration per Hybrid-System: parallele Boards links, serielle rechts

Hybride Systeme sind ebenfalls machbar. Dies ist wichtig, weil CompactPCI eine große installierte Basis hat. Die notwendigen Bridges setzt Kontrons dabei ­direkt auf dem Systemboard um. Das CompactPCI Serial Board CPS3003-SA unterstützt somit hybride Systemkonzepte zusammen mit klassischem Compact­PCI. Anwender können ihre Systeme somit relativ einfach überführen, ohne die bestehende CompactPCI-Peripherie ausmustern zu müssen. Vorteilhaft für die Migration ist vor allem auch die Tatsache, dass sich auf der mechanischen Seite wenig geändert hat. Damit können bestehende Investitionen für beide Lösungen verwendet werden. Auch optisch ändert sich nichts: Alte Baugruppen sehen in neuen Systemen genauso aus, wie ihre seriellen Pendants. Auch das kann für Anwender wichtig sein.

Peter Ahne, Product Marketing Manager bei Kontron

Peter Ahne, Product Marketing Manager bei Kontron Kontron

Neben dem Prozessorboard mit Core-i7-Prozessor der dritten Generation gibt es Trägerboards für Festplatten und für XMC-Module sowie zwei Netzwerkkarten, CPS3402 mit zwei 10-GbE-Schnittstellen und CPS3410 mit vier 1-GbE-Schnittstellen. Weiterhin sind komplette Systemintegrationen lieferbar. Dies ermöglicht es Applikationsentwicklern, sich auf die Spezifikation der Hardware-Anforderungen zu konzentrieren. Das modulare System wird bei Bedarf komplett geliefert – inklusive aller erforderlichen Treiber. Bei den Chassis greift Kontron dabei auf Systeme namhafter Anbieter zurück oder entwickelt individuelle Designs.

Interview mit Peter Ahne, Kontron

Der Markt gewinnt an Dynamik

Herr Ahne, warum steigt Kontron gerade jetzt in das CompactPCI Business ein?
Jetzt  erst kommen Kundennachfragen mit relevanten Volumina. Als der Standard vor zwei Jahren verabschiedet wurde, war die Nachfrage noch zu verhalten. Daher haben wir uns zurückgehalten.

Wie wirkt sich das auf Ihr MicroTCA-Angebot aus?
MicroTCA wird hauptsächlich in Telekom eingesetzt und in der robusten Variante Rugged MicroTCA im wesentlichen dort, wo der Platz rar ist. Da CompactPCI 3HE weder in dem einen noch dem anderen Marktsegment zum Einsatz kommt, besteht kein wirklicher Wettbewerb. Hinzu kommt die Tatsache, dass die meisten MicroTCA-Plattformen einen Carrier Hub (MCH) implementieren, um komplexere Systemmanagement-Funktionen wie die Aktivierung von Baugruppen oder das smarte Portswitching ausführen zu können. Diese Funktion bietet CompactPCI Serial nicht. Insofern sprechen wir hier auch technologisch von einer anderen Leistungsklasse.

Gab es nicht Konzepte, MicroTCA auch im industriellen Umfeld zu etablieren?
Das ist auch weiterhin gegeben. Anwender müssen aber Funktionen wie Portswitching benötigen oder besonders platzsparend bauen wollen. Wird eine der Anforderungen benötigt, ist MicroTCA in der robusten Konfiguration auch für das industrielle Umfeld die bessere Wahl.

Welche Komponenten zeigt Kontron zum Start der Aktivitäten?
Mit der Ankündigung des Supports von Compact PCI Serial stellt Kontron vier Boards und passende Plattformen vor. OEM-Konfigurationen können so unmittelbar auch auf Systemebene umgesetzt werden. Damit hört unser Engagement aber nicht auf. Wie schon beim klassischen CompactPCI werden wir von Prozessor-, über Netzwerk- und I/O-Boards bis hin zu kompletten Systemen einen breiten Support für unsere Kunden bieten. Zudem wollen wir die Integrations-Dienstleistungen weiter ausbauen und den Systemgedanken unserer Lösungen in den Vordergrund stellen.