Principe et application du bus VME
Le bus VME (VersaModule Eurocard) est un bus informatique-à usage général qui combine la norme électrique du bus Versa de Motorola avec le facteur de forme mécanique de la norme Eurocard établie en Europe et constitue une architecture ouverte. Il définit un système d'interconnexion du traitement des données, du stockage des données et de la connexion des dispositifs de contrôle périphériques dans une architecture matérielle étroitement couplée. Au fil des années, le système VME a évolué pour devenir un système-bien établi autour duquel des produits ont été développés pour le contrôle industriel, les systèmes militaires, l'aérospatiale, les transports et les applications médicales.
Caractéristiques de VME
Le mécanisme de transfert de données de VME est asynchrone, avec plusieurs cycles de bus, des largeurs d'adresse de 16, 24, 32, 40 ou 64 bits et des largeurs de ligne de données de 8, 16, 24, 32 et 64 bits, et le système peut les sélectionner dynamiquement. Sa méthode de transfert de données est asynchrone, elle est donc uniquement soumise au protocole d'échange de signaux et ne dépend pas de l'horloge système ; son taux de transfert de données est de 0 à 500 Mb/s ; en outre, il existe une capacité de transfert de données non alignées, une correction d'erreurs et un auto-diagnostic, ainsi que des ports d'E/S définis par l'utilisateur- ; il est équipé de 21 emplacements enfichables-et de plusieurs fonds de panier, qui peuvent être utilisés dans les applications militaires du module de refroidissement par conduction.
Architecture VME
Parce qu'il s'agit d'une combinaison de deux normes, le système VME peut également être considéré comme deux parties. Une partie est l'architecture mécanique, qui détermine la taille des fonds de panier, des panneaux avant et des cartes intégrées du système VMEbus, et l'autre partie est l'architecture fonctionnelle, qui définit le flux du système.
1. Architecture mécanique VME
La partie principale de la structure mécanique du VME est le fond de panier, qui est une carte de circuit imprimé. Il est disponible en trois tailles : 3U (160 mm × 100 mm), 6U (160 mm × 233 mm) et 9U (367 mm × 400 mm). Selon la norme VME64x, il existe trois types de connecteurs dans le système VME, à savoir P0/J0, P1/J1 et P2/J2, « P » et « J » signifiant respectivement les connecteurs PLUG et JACK. Les connecteurs P1/J1 et P2/J2 ont 96 broches disposées en trois rangées de 32 broches chacune, tandis que le connecteur P0/J0 a 95 broches.. 3Les fonds de panier U n'ont que des connecteurs P1/J1 ou P2/J2, tandis que les fonds de panier 6U ont des connecteurs J1 et J2.
2. Structure fonctionnelle de VME
Comme le montre la figure 1, l'architecture fonctionnelle du VME peut être décrite comme étant constituée de lignes de signaux, d'une logique d'interface de fond de panier et de modules fonctionnels. Les performances de la logique de l'interface du fond de panier sont régies par un certain nombre de caractéristiques du fond de panier, telles que l'impédance de la ligne de signal, le temps de propagation, les valeurs de terminaison, etc. Lui et les lignes de signaux constituent le lien entre les différentes parties du système. Les modules fonctionnels, quant à eux, sont des ensembles de circuits qui effectuent des tâches spécifiques. Parmi eux, le module principal est appelé maître, qui détermine l'ordre de transmission des données ; les modules qui agissent en fonction de la transmission des données du maître sont appelés esclaves, et le module chargé de surveiller l'adresse de la destination de la transmission des données est appelé dispositif de surveillance de localisation. De plus, il existe des modules qui émettent et traitent les demandes d'interruption, ainsi que des modules d'arbitrage qui déterminent et traitent les demandes provenant d'autres modules. Bien entendu, il existe également des modules qui émettent des signaux d'horloge et des modules qui surveillent le fonctionnement de l'alimentation du système.
Architecture fonctionnelle VME
Chacun de ces modules a sa propre division du travail, mais pour travailler ensemble, ils ont besoin du support de bus. Les bus du système VME sont divisés en quatre grandes catégories : le bus de transfert de données, le bus d'arbitrage de transfert de données, le bus d'interruption prioritaire et le bus à usage général.
Le bus de transfert de données est un bus de transfert de données parallèle asynchrone à grande vitesse-capable de transférer des données et des signaux d'adresse. Les appareils maîtres, les appareils esclaves, les modules d'interruption et les modules de gestion des interruptions échangent des données deux à deux via celui-ci. Deux autres modules, le temporisateur de bus et le pilote de chaîne JACK-, participent également au traitement des données via le bus de transfert de données.
Le bus d'arbitrage de transfert de données est configuré pour garantir qu'un seul module occupe le bus de transfert de données à un instant donné. Les modules de requête et d'arbitrage travaillant sur celui-ci chargeront coordonner les commandes émises par les modules. Le module d'arbitrage se trouve dans le premier emplacement du fond de panier et détermine quel périphérique maître aura la priorité dans l'utilisation des ressources du bus. Les méthodes de détermination spécifiques incluent un algorithme de priorité, un algorithme de tourniquet-et d'autres algorithmes de séquençage. Le bus d'interruption prioritaire est le bus qui gère les demandes d'interruption pour chaque module. Diverses demandes d'interruption sont classées en sept niveaux dans le VME et, en fonction du niveau, elles fonctionnent de manière à interrompre les lignes de signal.
Le dernier bus est le bus à usage général. Le bus dit-à usage général-est le bus qui est responsable de certaines des tâches de base du système, notamment le contrôle de l'horloge, l'initialisation, la détection des erreurs et d'autres tâches. Il se compose de deux lignes d'horloge, une ligne de réinitialisation du système, une ligne de panne du système, une ligne de panne de courant alternatif et une ligne de données série.
Les modules sont distribués dans une structure parallèle, et toutes les données et commandes sont transmises via le bus de classe 4 sous-jacent du système, et le mode des signaux est une signalisation de niveau TTL.
Famille de bus VME
● VME64
Avec le développement des technologies périphériques, la mise à niveau du système VME était inévitable. En 1995, VME64, une nouvelle génération d'architecture de bus VME, a été lancée. Par rapport au système VME traditionnel, VME64 augmente la bande passante de transmission, étend l'espace d'adressage et facilite le branchement et le débranchement de la carte. Il a étendu la largeur de la ligne de données et la plage d'adresses à 64 bits pour les cartes 6U, a fourni des modules d'adresse 32-bits et 40 bits pour les cartes 3U, a augmenté la bande passante de transmission à 80 Mb/s, a augmenté le cycle de verrouillage du bus, a ajouté la première fonction de détection d'emplacement et a ajouté la prise en charge du branchement à chaud.
● Extension VME64
L'extension VME64 est une nouvelle norme adoptée en 1997 et est également connue sous le nom de VME64x. Il ajoute une famille de connecteurs à 160 broches (disposées en 5 rangées), un connecteur P0/J0 entre P1/J1 et P2/J2 et une nouvelle broche d'alimentation 3,3 V. Les deux nouvelles boucles de bus périphériques du système augmentent le débit de données à 160 Mb/s. De plus, un panneau avant EMC et des fonctionnalités ESD ont été ajoutés.
● VME320
La plus grande amélioration du VME320 est peut-être l'utilisation d'une interconnexion en étoile dans le but d'accélérer le transfert de données. Il utilise un protocole appelé 2eSST, qui est un protocole de transfert synchrone source qui augmente le débit de données théorique à 320 Mb/s. Le VME320 n’est cependant pas largement pris en charge.
Il existe de nombreux autres protocoles dérivés de VME qui ne sont pas décrits ici.
Tendances en matière de VME
L'avantage actuel de la technologie VME réside dans ses nombreuses années d'accumulation technique, ses spécifications complètes et son solide support technique pour répondre aux exigences spécifiques de la plupart des clients. De plus, sa modularité est également un très gros avantage, car pour de nombreux systèmes embarqués, l'ajout d'E/S supplémentaires est une chose courante, et VME peut très bien répondre à cette fonctionnalité. VME fournit 21 emplacements d'extension et les modules nouvellement ajoutés n'affectent pas les performances globales du système.
Cependant, le VME est une technologie née il y a 25 ans, et de nombreux utilisateurs ne sont pas satisfaits des progrès du VME en termes de bande passante. Car à l’ère des données massives, la bande passante est un indicateur écrasant. Cependant, les fournisseurs n'ont pas perdu confiance dans VME et font tout ce qu'ils peuvent pour prolonger la durée de vie de VME. la norme VXS introduite par SBS et la norme VPX développée par VITA (la VME International Trade Association) sont une nouvelle tentative. vXS crée les conditions pour les références aux structures commutées, tandis que VPX augmente le débit du signal de la structure commutée à 6,25 Gb/s. Dans le même temps, de nombreux fonds de panier de bus VME commencent à être utilisés de la même manière. De nombreux fonds de panier VMEbus ont commencé à utiliser des emplacements PMC (PCI Mezzanine Card) pour permettre une utilisation directe des cartes PCI. Les fabricants ont également repris les éléments de construction des cartes PCI pour maintenir les cartes VME à jour avec l'industrie.
Les réalisations de VME sont reconnues, mais les fabricants devront continuer à travailler dur pour le rajeunir au cours de la prochaine décennie. La plupart des gens ne souhaiteraient probablement pas un déclin discret de cette technologie très résiliente.