一种新颖嵌入式结构：更大更好的主板

　经过多年的业务衰退后，一些主要的电信设备制造商正在支持一种新颖的开放式系统体系结构，希望电信行业能重新赢利。

　　要点
　　●AdvancedTCA（先进电信计算结构）因其电路板面积大、可用性高和互连速度快而成为可行的下一代电信平台。
　　●有 100多 家主要电信供应商与设备供应商参与制定并支持 AdvancedTCA 规范。
　　●高速串行数据链接与交换式结构技术可为每个机架提供高达 2.5 Tbps 的总数据速率。
　　●所有电路板与有源模块都具备热插拔能力，使 AdvancedTCA 系统能达到 99.999% 的可用性。
　　●一个内部机架管理系统监视所有的有源子系统，报告异常情况，并控制每台已安装设备的运行。

　　AdvancedTCA（先进电信计算体系结构）是为下一代电信设备制定的一个有关电路板、背板和软件的新规范。由于具有更大的形状系数、高可用性性能以及高速互连性，AdvancedTCA 有可能成为当今专有设备的现成替代品。这一新颖体系结构出现时，电信市场正面临业务与技术的双重挑战。随着竞争的加剧和价格的下跌，服务提供商被迫降低资本支出。同时，更高的数据传输率和增加的容量都会给现有的大型专有电信设备增加负担。
　　为应对不断增长的数据传输速率和预期的语音与数据的融合，电信设备供应商从 2001 年起就开始调研各种标准化的体系结构。诸如 VME 和 CompactPCI 等体系结构，它们不大符合电信设备的独特要求。电路板面积和间距对于先进电信设备所需的高密度高速度电路来说太小。机板与机架的冷却与配电也不适用于新式处理器及其支持电路。这些标准的其他局限性是背板既有的总线和数据处理能力。一套系统管理方法也使电信的高可用性目标难以达到。考虑到这些问题，设备供应商制定了一个新的电信标准，以利用现成设备实现节约成本的好处。在 PICMG（PCI 工业计算机制造集团）的主持下，有多达100 家公司参与制定AdvancedTCA 规范。该集团于去年初推出了 PICMG 3.0 规范，AdvancedTCA 规范的缩略版本可从www.picmg.org 获得。
　　AdvancedTCA技术的基础是高速串行数据链接和交换结构技术。有了冗余星形数据传输、全网数据传输以及几种交换结构方法，一块 AdvancedTCA 背板的数据速率可提高到2.5 Tbps。超大的电路板面积可支持所有最新芯片，并可为每个插槽提供高达 200W 的输入功率与冷却能力。AdvancedTCA 规范还为所有电路板与有源模块提供热插拔能力，从而使系统达到甚至超过 99.999%，亦即“5个9” 的可用性。复杂的管理功能可以监控插入模块的正常工作、供电、冷却甚至键入等情况，以保证各系统高效运行。各个模块从备份的 48Vdc 电源馈线获得电能，并从备份的控制板与数据板获得数据，以防止一个故障导致整个机架失效。
　　机架描述
　　就机械结构来说，AdvancedTCA 单元被组织成机架形结构（图 1）。12U、21 英寸高的基本机架由电源输入、管理电路、一块背板、插入卡导槽以及冷却装置组成。插入卡占位的最大数目随机架尺寸变化：19 英寸机架有 14个插槽，600 毫米（约 24 英寸）ETSI（欧洲电信标准化协会）机架有 16 个插槽。电路板间距为 1.2 英寸，足以安装散热片和背面表面安装元件。机架内强制通风可提供高达 3200W 的冷却能力。每个背板插槽中可插入一块 8U×280 毫米的前面板和一个 8U×70 毫米背面安装的转换模块选件，作为机架后I/O 口。

图1，Schroff公司推出的 14插槽 AdvancedTCA 机架系统，具有备份的冷却系统和内部热管理与系统管理控制器。

　　AdvancedTCA 背板上有多个区用于电源分配、系统管理、数据传输以及后I/O （图 2）。背板底部的重载 1 区连接器，将电源管理信号和低速率管理信号传送到各个插槽。由于低电压电源分配方案要求在背板上传送数百安培的电流，所以标准的制定者选用已经是电信标准的－48Vdc作为电源。机架具有滤波功能，并为每块电路板提供双 48Vdc电压。当用户在热插拔期间拔去或插入电路板时，电源连接器进行电压排序。每块电路板上的市售 DC/DC 变换器都能提供局部电路所需的实际电压 。

图2，AdvancedTCA 背板有配电区、系统管理区、数据传输区以及后 I/O 区。

　　背板的第2个区提供高速的板间数据交换。PICMG 选择 Erni-Tyco  ZD 连接器作为AdvancedTCA 的高速数据传输连接器（图 3）。这种高密度连接器支持高达 5GHz 速率的差分信号。2区有4个接口，将一个机箱内的电路板连接起来。基本接口由双星型配置的 10/100/1000 BaseT 以太网互连线组成，在背板上提供一条备用路径。双星结构要求插入卡位置 1 和 2 是专用的 集线器插槽。每个集线器插槽都有一条通道连线连接背板上的每个节点插槽以及另一个集线器插槽。基本接口代替了早期体系结构中的并行多点总线。相邻电路板通过一个通道升级接口互相连接，这样两个备份设备就可以进行私下通信。同步时钟接口为每块电路板提供一组冗余的同步时钟，进行同步定时。

图3，AdvancedTCA 的高速数据传输连接器使用 Erni-Tyco 的 ZD 连接器来支持速率高达 5GHz的差分信号。

　　结构式接口是数据交换区中最有意思的部件，它提供一条全网互连线，与它连接的每个插槽都可直接连接到所有其它插槽。因为所有的路径都能同时传输数据，因此，一块有 16 个插槽的全网背板的总带宽可达 2.4 Tbps。为了符合行业内的不同意见，基本 AdvancedTCA 规范没有规定数据传输用的 结构技术，而是用一系列附属规范，即PICMG 3.1 至 3.5，来为以太网、Fibre Channel、InfiniBand、StarFabric、PCI Express 和 RapidIO 规定背板数据传输细节。虽然互相竞争的结构技术是不可互操作的，但这种方式可以避免规范僵化，一直到市场选出一种优胜的技术。