ГОСТ Р 58286-2018

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АРХИТЕКТУРА БАЗОВАЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ AXIe-1

Технические требования

AXIe-1 base architecture for instrumentation

ОКС 35.200

Дата введения 2019-05-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "VXI-Системы" (ООО "VXI-Системы")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 064 "Радиоэлектронные измерительные приборы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 ноября 2018 г. N 1031-ст

4 Настоящий стандарт разработан с учетом основных положений международного документа АХlе-1* "Технические требования к базовой архитектуре, редакция 3" (AXIe-1 "Base Architecture Specification, Revision 3", NEQ).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Сопоставление содержания настоящего стандарта и примененного международного документа приведено в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Настоящий стандарт разработан на основе международного документа "АХlе-1. Технические требования к базовой архитектуре" ("АХlе-1: Base Architecture Specification, Revision 3"), разработанного компаниями международного консорциума AXIe. В настоящем стандарте приведена нумерация разделов, правил, разрешений и рекомендаций, соответствующая нумерации международного документа АХlе-1.

Настоящий стандарт устанавливает требования к разработке программно-аппаратных средств на основе архитектуры AXIe.

Настоящий стандарт содержит требования и разрешения, которые необходимо соблюдать при проектировании шасси AXIe и инструментальных модулей, а также устанавливает правила и порядок их механического, электрического и логического взаимодействия в рамках системы AXIe.

Базовая архитектура AXIe определяет расширяемую платформу для создания устройств общего назначения модульной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА). Архитектура AXIe наследует лучшие черты более ранних платформ построения модульных систем в открытых стандартах VXIbus, PXI и LXI. Также как VXIbus и PXI, архитектура AXIe основана на популярной модульной вычислительной платформе с добавлением функциональности, необходимой разработчикам и пользователям КИА. Базовой платформой для архитектуры AXIe является платформа AdvancedTCA (АТСА) - открытая архитектура построения модульных вычислительных устройств, ориентированная на создание инфраструктуры коммуникационных систем. Архитектура АТСА содержит свод правил и положений, касающихся систем распределения питания, управления компонентами системы, взаимодействия по интерфейсам Ethernet и PCIe между модулями и другого функционала. Базовая архитектура AXIe имеет дополнительные возможности по сравнению с архитектурой АТСА, которые позволяют обеспечить синхронизацию по частоте, большой выбор триггерных сигналов для запуска процессов и организацию потоков данных между модулями, что крайне важно при реализации высокопроизводительных контрольно-измерительных систем.

Настоящий стандарт определяет набор механических, электрических и логических интерфейсов между модулями и шасси. Типичные шасси и модуль AXIe представлены на рисунке 1, упрощенная схема шасси - на рисунке 2. Модули AXIe устанавливают в слоты фронтального носителя модулей шасси и подключают к разъемам кросс-платы. Кросс-плата обеспечивает трассировку цепей питания и сигналов системного управления к инструментальным модулям, а также сигналов данных, частот и триггерных сигналов между инструментальными модулями. Менеджер шасси является выделенным контроллером управления системой, который отслеживает исправность подсистем шасси и модулей, управляет системой охлаждения и последовательностью включения питания шасси. В модулях могут быть реализованы любые функции, необходимые для проведения тестирования/измерений, например: измерение и анализ сигналов, формирование сигналов, ввод/вывод цифровых сигналов, организация потоков данных, компьютерные вычисления и многое другое.

Внешний ввод-вывод аналоговой и цифровой информации в системах АХlе-1 осуществляется через соединители, расположенные на фронтальных лицевых панелях модулей AXIe.

Кросс-плата AXIe поддерживает два стандарта интерфейсов последовательной передачи данных - LAN и PCIe. Оба интерфейса подходят для управления модулем и передачи данных измерений. Большинство модулей AXIe поддерживают один из этих интерфейсов, причем некоторые из них могут поддерживать оба интерфейса.

Интерфейс LAN лучше всего подходит для интеллектуальных модулей, поддерживающих программные интерфейсы высокоуровневых команд. Подобные модули AXIe, подключенные по интерфейсу LAN, должны удовлетворять требованиям стандарта LXI относительно протокола обмена и удобства использования программного обеспечения (ПО) в соответствии со стандартом AXIe-2.

Интерфейс PCIe лучше всего подходит для реализации в менее интеллектуальных модулях, которые управляются регистровыми командами низкого уровня. Такие модули PCIe работают как устройства расширения хост-компьютера и определяются в операционной системе хост-компьютера как стандартные периферийные устройства PCIe. Дополнительно эти модули должны соответствовать требованиям к ПО PXI согласно международной спецификации AXIe-2, в которой приведены требования к ПО архитектуры АХlе-1.

Таким образом, модели интеграции, программирования и использования модулей обоих типов уже знакомы большинству интеграторов систем тестирования и пользователям.

     1 - модуль AXIe; 2 - шасси AXIe

     Рисунок 1 - Шасси и модуль AXIe

     Рисунок 2 - Схема шасси AXIe

Модули AXIe имеют высоту 320 мм, глубину 280 мм и ширину 30 мм. Каждый модуль обычно потребляет мощность от 100 до 200 Вт. Благодаря большой площади платы, внутреннему объему модуля и высокой мощности платформа AXIe подходит для построения систем, требующих большого числа каналов, высокой производительности измерений и/или эффективного использования пространства стойки.

Настоящий стандарт определяет базовую контрольно-измерительную платформу. Сопутствующие международные спецификации AXIe-3.n могут в дальнейшем определять дополнительные расширения к архитектуре AXIe-1, оптимизированные для определенных сегментов рынка. Например, спецификация AXIe-3.1 определяет расширение системы AXIe-1 для приложений тестирования полупроводниковых приборов.

Структура стандарта

Настоящий стандарт устанавливает набор правил, рекомендаций, разрешений и замечаний наряду с поясняющим текстом, таблицами и рисунками. С целью четкого определения требований настоящего стандарта в его тексте употребляются следующие ключевые слова:

- правило;

- рекомендация;

- разрешение;

- замечание.

Любой текст, не имеющий в качестве заголовков перечисленные ключевые слова, является описательной частью структуры системы или ее работы, изложенной в описательной или повествовательной форме.

Правила излагают основные требования настоящего стандарта, характеризующиеся словом "должно".

Соответствие данным правилам обеспечивает необходимый уровень совместимости оборудования различных производителей, ожидаемый системными интеграторами и конечными пользователями рынка КИА. Устройства, соответствующие настоящему стандарту, должны удовлетворять всем требованиям, изложенным в различных правилах.

Примечание - При нумерации правил первый символ указывает на раздел настоящего стандарта, следующее за ним число - на номер этого правила в определенном разделе.

Рекомендации обеспечивают дополнительное руководство, которое поможет производителям улучшить пользовательские характеристики устройств AXIe, характеризующиеся словом "следует". Следование рекомендациям улучшит функциональность, гибкость, совместимость и/или удобство использования устройств AXIe. Применение рекомендаций к устройствам не является обязательным.

Примечание - При нумерации рекомендаций первый символ указывает на раздел настоящего стандарта, следующее за ним число - на номер этой рекомендации в определенном разделе.

Разрешения подчеркивают гибкость настоящего стандарта и характеризуются словом "могут". Разрешения главным образом разъясняют диапазон решений проектирования, который доступен проектировщикам модулей и систем на их усмотрение. Они позволяют проектировщикам манипулировать функциональностью, стоимостью и другими факторами для создания изделий, отвечающих ожиданиям пользователей. Разрешения носят нейтральный характер и не предполагают их реализации.

Примечание - При нумерации разрешений первый символ указывает на раздел настоящего стандарта, следующее за ним число - на номер этого разрешения в определенном разделе.

Замечания подчеркивают некоторые важные нюансы настоящего стандарта. Они помогают лучше понять подтекст некоторых требований настоящего стандарта и/или выделить главное из частных требований. Замечания в основном содержат советы по проектированию.

Примечание - При нумерации замечаний первый символ указывает на раздел настоящего стандарта, следующее за ним число - на номер этого замечания в определенном разделе.

Все правила, рекомендации, разрешения и замечания должны рассматривать совместно с сопутствующим текстом, таблицами и рисунками. Правила могут явно или неявно содержать информацию, приведенную в тексте, таблицах и рисунках. Несмотря на то, что настоящий стандарт и предполагает, что все необходимые требования изложены в правилах, возможно, что некоторые важные моменты оговариваются в настоящем стандарте за пределами правил. С точки зрения максимальной совместимости со стандартом такие требования лучше трактовать как правила.

Настоящий стандарт основан на [1]. Правила, рекомендации, разрешения и замечания настоящего стандарта ссылаются на соответствующие требования [1]. Данные требования сопровождаются поясняющим контекстом (текстом, таблицами, рисунками и т.д.). Любые требования, которые не включены в правила, рекомендации, разрешения или замечания настоящего стандарта, исключают из требований к устройствам AXIe.

Успешная реализация устройств и систем AXIe требует знаний настоящего стандарта и [1].

Обзор архитектуры АТСА

Архитектура AXIe основана на ряде требований, предъявляемых к аппаратным и программным ресурсам, которые должны обеспечить простую интеграцию модулей и шасси AXIe разных производителей в мощную систему тестирования. За основу архитектуры AXIe взята архитектура АТСА, которая определяет модульную платформу, оптимизированную для телекоммуникационных приложений. AXIe добавляет к АТСА аппаратные и программные функции, необходимые для реализации систем КИА.

Архитектура АТСА дает определение открытой архитектуры модульных вычислительных устройств для построения высоконадежных сетей связи и телекоммуникационного оборудования. Основными механическими компонентами оборудования АТСА являются фронтальные платы и модули трассировки выводов зоны 3 фронтальных плат на заднюю стенку шасси - модули RTM, объединительная плата и носитель модулей. Фронтальные платы обеспечивают основную функциональность системы, в то время как платы RTM - возможность подключения к фронтальной плате с тыльной стороны крейта. Объединительная плата содержит соединители для подключения фронтальных плат, обеспечивая коммутацию сигналов и распределение питания. Носитель модулей - несущая конструкция для установки фронтальных плат и плат RTM. Одна объединительная плата и носитель модулей поддерживают подключение и установку не более 16 фронтальных плат и соответствующего числа плат RTM. На рисунке 3 приведена конструктивная связь между фронтальной платой, кросс-платой и платой RTM.

     1 - фронтальная плата; 2 - зона 3; 3 - зона 2, 4 - зона 1; 5 - кросс-плата; 6 - плата RTM

     Рисунок 3 - Фронтальная плата, кросс-плата и плата RTM

Фронтальная плата высотой 322,75 мм, шириной 30,48 мм и глубиной около 280 мм представлена на рисунке 4. Она имеет фронтальную лицевую панель с ручками для вставки и извлечения модуля. Область соединителей кросс-платы разделена на три зоны. Зона 1 содержит линии питания и линии для управления фронтальными платами. Зона 2 содержит линии передачи данных, сигналов синхронизации и триггерных сигналов. Зона 3 содержит линии ввода-вывода для платы RTM.

     Рисунок 4 - Фронтальная плата ATCA

ATCA содержит разветвленную систему управления платформой, которая включает центральный менеджер шасси и распределенные контроллеры управления. Система отслеживает исправность, управляет питанием и охлаждением системы, контролирует совместимость соединений между модулями. Архитектура ATCA имеет уровень надежности 99,999%, поддерживаемый двойным резервированием критических ресурсов, "горячей заменой" плат и т.д.

Система спроектирована для работы от питания батарей напряжением минус 48 В. Питание распределяется между фронтальными платами с использованием дополнительных каналов питания.

ATCA содержит расширенные требования к характеристике охлаждения, что позволяет системным интеграторам создавать системы, в которых все компоненты имеют достаточное охлаждение.

Соединители зоны 2 содержат различные интерфейсы для обеспечения внутрисистемных коммуникаций между модулями. Для организации соединений Ethernet по схеме "двойная звезда" используют основной (base) интерфейсный канал. Другой интерфейсный канал (fabric) применяют для обмена по высокоскоростным последовательным интерфейсам передачи данных, в том числе по PCIe. Топология интерфейсного канала fabric обычно организована по схеме "двойная звезда". Две фронтальные платы с шасси служат концентраторами для каналов base и fabric, обеспечивая подключение ресурсов, необходимых для работы интерфейсов через эти каналы. Интерфейс fabric может иметь и иной вид топологии, например топологию полносвязной сети. В шасси также присутствуют каналы для передачи частот синхронизации, которые используются для маршрутизации телекоммуникационных тактовых частот через кросс-плату и интерфейс канала обновлений, обеспечивающий локальные соединения между совместимыми платами в пределах шасси. Все сигнальные линии в зоне 2 выполнены в виде дифференциальных пар.