Войти
Крейт VME64 с модулем АЦП, модулем масштабирования и процессором (слева направо) module VMEbus (Versa Module Europa или Versa Module Eurocard bus) - это стандарт компьютерной шины , первоначально разработанный для Motorola 68000 строка из CPU, но позже широко использовались для многих приложений и стандартизированы IEC как ANSI / IEEE 1014- 1987 г. Физически он основан на размерах, механике и соединителях Eurocard (DIN 41612 ), но использует собственную систему сигнализации, которую Eurocard не определяет. Впервые он был разработан в 1981 году и до сих пор широко используется.
В 1979 г. Во время разработки процессора Motorola 68000 один из их инженеров, Джек Кистер, решил приступить к созданию стандартизированной системы шин для систем на базе 68000. Команда Motorola в течение нескольких дней размышляла над выбором названия VERSAbus. Карты VERSAbus были большими, 370 на 230 мм (14 ⁄ 2 на 9 ⁄ 4 дюймов), и использовали краевые разъемы. Только несколько продуктов приняли его, в том числе контроллер приборов IBM System 9000 и роботизированные системы и системы машинного зрения Automatix.
Карта памяти VERSAbus Позже к Кистеру присоединился Джон Блэк, который уточнил спецификации и создал концепцию продукта VERSAmodule. Молодой инженер, работающий в Black, разработал первую карту VERSAmodule, модуль адаптера VERSAbus, который использовался для запуска существующих карт на новой VERSAbus. компания Motorola-Europe добавила в систему механическую спецификацию, основав ее на стандарте Eurocard, который в то время находился на поздней стадии процесса стандартизации. Результат был сначала известен как VERSAbus-E, но позже был переименован в VMEbus, для шины VERSAmodule Eurocard (хотя некоторые называют ее Versa Module Europa).
На данный момент ряд других компаний, участвующих в Экосистема 68000 согласилась использовать стандарт, включая Signetics, Philips, Thomson и Mostek. Вскоре он был официально стандартизирован IEC как IEC 821 VMEbus, а ANSI и IEEE - как ANSI / IEEE 1014-1987.
Первоначальным стандартом была 16-битная шина, разработанная для соответствия существующим разъемам Eurocard DIN. Однако в систему было внесено несколько обновлений, позволяющих увеличить ширину шины. Текущая версия VME64 включает в себя полную 64-битную шину в картах размером 6U и 32-битную в картах размером 3U. Протокол VME64 имеет типичную производительность 40 МБ / с. Другие связанные стандарты добавили горячую замену (plug-and-play ) в VME64x, меньшие IP-карты, которые подключаются к одной карте VMEbus, и различные стандарты межсоединений для соединения систем VME вместе.
В конце 1990-х годов синхронные протоколы оказались благоприятными. Исследовательский проект получил название VME320. Организация по стандартизации VITA призвала к созданию нового стандарта для немодифицированных объединительных плат VME32 / 64. Новый протокол 2eSST был одобрен в ANSI / VITA 1.5 в 1999 году.
За прошедшие годы к интерфейсу VME было добавлено множество расширений, обеспечивающих «боковые» каналы связи параллельно с самим VME. Некоторые примеры - IP-модуль, RACEway Interlink, SCSA, Gigabit Ethernet на объединительных платах VME64x, PCI Express, RapidIO, StarFabric и InfiniBand.
VMEbus также использовался для разработки тесно связанных стандартов, VXIbus и VPX. VMEbus оказал сильное влияние на многие более поздние компьютерные шины, такие как STEbus.
Архитектурные концепции VMEbus основаны на VERSAbus, разработанном Motorola в конце 1970-х годов. Группа Motorola European Microsystems в Мюнхене, Западная Германия, предложила разработать линейку продуктов, аналогичную VERSAbus, на основе механического стандарта Eurocard. Чтобы продемонстрировать концепцию, Макс Лезель и Свен Рау разработали три прототипа платы: (1) плату ЦП 68000; (2) плата динамической памяти; (3) плата статической памяти. Они назвали новый автобус VERSAbus-E. Позже это было переименовано в "VME", сокращенно от Versa Module European, Лайманом (Лим) Хевле, в то время вице-президентом по эксплуатации Motorola Microsystems. (Позднее он был основателем VME Marketing Group, впоследствии переименованной в VME International Trade Association, или VITA). В начале 1981 года Motorola, Mostek и Signetics договорились о совместной разработке и поддержке новой архитектуры автобусов. Все эти компании были ранними сторонниками семейства микропроцессоров 68000.
Джон Блэк из Motorola, Крейг МакКенна из Mostek и Сесил Каплински из Signetics разработали первый проект спецификации VMEbus. В октябре 1981 года на выставке System '81 в Мюнхене, Западная Германия, Motorola, Mostek, Signetics / Philips и Thomson CSF заявили о своей совместной поддержке VMEbus. Они также разместили редакцию А спецификации в открытом доступе. В августе 1982 года недавно созданная группа производителей VMEbus (VITA) опубликовала версию B спецификации VMEbus. В этой новой редакции уточнены электрические характеристики драйверов и приемников сигнальных линий и приведены механические характеристики в соответствие с развивающимся стандартом IEC 297 (официальная спецификация для механических форматов Eurocard). В конце 1982 года французская делегация Международной электротехнической комиссии (IEC) предложила версию B VMEbus в качестве международного стандарта. Подкомитет IEC SC47B назначил Миру Паукер из Philips, Франция, председателем редакционного комитета, тем самым официально приступив к международной стандартизации VMEbus.
В марте 1983 года Комитет по стандартам микропроцессоров IEEE (MSC) запросил разрешение на создание рабочей группы, которая могла бы стандартизировать VMEbus в США. Этот запрос был одобрен Советом по стандартам IEEE, и была создана рабочая группа P1014. Уэйн Фишер был назначен первым председателем рабочей группы. Джон Блэк был председателем Технического подкомитета P1014. Группа производителей IEC, IEEE и VMEbus (теперь VITA) распространила копии редакции B для комментариев и получила полученные запросы на внесение изменений в документ. Эти комментарии ясно дали понять, что пришло время отказаться от версии B. В декабре 1983 года было проведено собрание, на котором присутствовали Джон Блэк, Мира Паукер, Уэйн Фишер и Крейг МакКенна. Было решено, что следует создать пересмотр C и принять во внимание все комментарии, полученные от трех организаций. Джон Блэк и Шломо При-Тал из Motorola включили изменения из всех источников в общий документ. Группа производителей VMEbus пометила документ «Редакция C.1» и разместила его в открытом доступе. IEEE назвал его P1014 Draft 1.2, а IEC - шиной IEC 821. Последующие голосования в рабочей группе IEEE P1014 и MSC привели к дополнительным комментариям и потребовали обновления проекта IEEE P1014. Это привело к спецификации ANSI / IEEE 1014-1987.
В 1985 году Aitech разработала по контракту для TACOM США первую плату VMEbus 6U с кондуктивным охлаждением. Хотя электрически и обеспечивала совместимый интерфейс протокола VMEbus, механически эта плата не была взаимозаменяемой для использования в лабораторных шасси разработки VMEbus с воздушным охлаждением.
В конце 1987 года при VITA под руководством IEEE был сформирован технический комитет для создания первой военной платы VMEbus размером 6U x 160 мм с кондуктивным охлаждением, полностью электрически и механически совместимой, под сопредседательством Дейла Янга ( DY4 Systems) и Дага Паттерсона (Plessey Microsystems, затем Radstone Technology). ANSI / IEEE-1101.2-1992 был позже ратифицирован и выпущен в 1992 году и остается в силе как международный стандарт с кондуктивным охлаждением для всех продуктов VMEbus 6U.
В 1989 году Джон Петерс из Performance Technologies Inc. разработал первоначальную концепцию VME64: мультиплексирование адресов и линий данных (A64 / D64) на VMEbus. Концепция была продемонстрирована в том же году и помещена в Технический комитет VITA в 1990 году как повышение производительности спецификации VMEbus. В 1991 году IEEE предоставил PAR (запрос на авторизацию проекта) для P1014R (изменения спецификации VMEbus). Рэй Олдерман, технический директор VITA, совместно с Ким Клохесси из DY-4 Systems руководили работой.
В конце 1992 года дополнительные усовершенствования VMEbus (A40 / D32, Locked Cycles, Rescinding DTACK *, Autoslot-ID, Auto System Controller и улучшенная механика разъемов DIN) потребовали дополнительной работы для завершения этого документа.. Технический комитет VITA приостановил работу с IEEE и запросил аккредитацию в качестве организации разработчиков стандартов (SDO) в Американском национальном институте стандартов (ANSI). Первоначальный стандарт IEEE Par P1014R был впоследствии отозван IEEE. Технический комитет VITA вернулся к использованию общедоступной спецификации VMEbus C.1 в качестве документа базового уровня, в который они добавили новые улучшения. Эта работа по усовершенствованию была полностью проведена Техническим комитетом VITA и привела к стандарту ANSI / VITA 1-1994. Огромное предприятие по редактированию документа было выполнено Ким Клохесси из DY-4 Systems, техническим сопредседателем этого мероприятия, с большой помощью Фрэнка Хома, который создал механические чертежи и внес исключительный вклад каждого редактора глав.
Дополнительные улучшения, предложенные Подкомитету VME64, были помещены в Документ расширений VME64. Два других направления деятельности начались в конце 1992 года: BLLI (спецификации Live Insertion на уровне платы VMEbus) и VSLI (Live Insertion на уровне системы VMEbus с отказоустойчивостью).
В 1993 году начались новые мероприятия по архитектуре base-VME, включая реализацию высокоскоростных последовательных и параллельных подсистем для использования в качестве межсоединений ввода / вывода и подсистем передачи данных. Эти архитектуры могут использоваться в качестве коммутаторов сообщений, маршрутизаторов и небольших многопроцессорных параллельных архитектур.
Заявка VITA о признании в качестве аккредитованной организации по разработке стандартов ANSI была удовлетворена в июне 1993 года. Многие другие документы (включая стандарты мезонинных, P2 и последовательных шин) были переданы VITA в качестве администратора публичного домена этих технологий.
| Развитие топологии VME | |||
|---|---|---|---|
| Год | Цикл шины | Максимальная скорость (Мбайт / сек) | |
| Параллельная шина VMEbus32, ред. A | 1981 | BLT | 40 |
| VMEbus IEEE-1014 | 1987 | BLT | 40 |
| 1994 | 80 | ||
| 1997 | 160 | ||
| 1997 | 320 | ||
Во многих отношениях шина VMEbus эквивалентна или аналогична выводам 68000, выходящим на объединительную плату .
Однако, одна из ключевых особенностей 68000 - это плоская 32-битная модель памяти, свободная от сегментации памяти и других «анти-функций». В результате, хотя VME очень похож на 68000, 68000 является достаточно универсальным, чтобы в большинстве случаев это не было проблемой.
Как и 68000, VME использует отдельные 32-битные шины данных и адреса. Адресная шина 68000 на самом деле 24-битная, а шина данных - 16-битная (хотя внутренне она 32/32), но разработчики уже стремились к полной 32-битной реализации.
Чтобы разрешить обе ширины шины, VME использует два разных разъема Eurocard - P1 и P2. P1 содержит три ряда по 32 контакта в каждой, реализующие первые 24 бита адреса, 16 битов данных и все управляющие сигналы. P2 содержит еще одну строку, в которую входят оставшиеся 8 бит адреса и 16 бит данных.
Шина управляется набором из девяти линий, известных как арбитражная шина. Все коммуникации контролируются картой в первом слоте шасси Eurocard, известной как модуль арбитра. Поддерживаются два режима арбитража - Round Robin и Prioritized.
Независимо от режима арбитража карта может попытаться стать мастером шины, удерживая на одной из четырех линий запроса шины низкий уровень. При круговом арбитраже арбитр циклически переключает линии BR0-BR3 запроса шины, чтобы определить, какой из потенциально одновременных запросчиков получит шину. При арбитраже приоритета BR0-BR3 использует схему фиксированного приоритета (BR0 от самого низкого до BR3 наивысшего), и арбитр предоставит шину запросчику с наивысшим приоритетом.
Когда арбитр определил, какой из запросов шины предоставить, он утверждает соответствующую линию разрешения шины (BG0 - BG3) для уровня, который выиграл управление шиной. Если два мастера одновременно запрашивают шину, используя одну и ту же линию BR, шлейфовое соединение по шине эффективно разрывает связь, предоставляя шину модулю, ближайшему к арбитру. Мастер, которому предоставлена шина, затем укажет, что шина используется, заявив, что шина занята (BBSY *).
В этот момент мастер получил доступ к шине. Для записи данных карта передает адрес, модификатор адреса и данные на шину. Затем он устанавливает низкий уровень для линии строба адреса и двух линий строба данных, чтобы указать, что данные готовы, и приводит в действие вывод записи, чтобы указать направление передачи. Есть два строба данных и строка * LWORD, поэтому карты могут указывать, составляет ли ширина данных 8, 16 или 32 бита (или 64 дюйма). Карта по адресу шины считывает данные и вытаскивает нижнюю линию подтверждения передачи данных, когда передача может быть завершена. Если передача не может быть завершена, она может опустить линию ошибки шины на низкий уровень. Чтение данных по сути то же самое, но управляющая карта управляет адресной шиной, оставляет шину данных тройной и управляет выводом чтения. Подчиненная карта отправляет считанные данные на шину данных и устанавливает низкий уровень на выводах строба данных, когда данные готовы. Схема сигнализации является асинхронной, что означает, что передача не привязана к синхронизации тактового вывода шины (в отличие от синхронных шин, таких как PCI ).
Протокол передачи блоков позволяет выполнять несколько передач по шине за один адресный цикл. В режиме блочной передачи первая передача включает адресный цикл, а последующие передачи требуют только циклов данных. Подчиненное устройство отвечает за то, чтобы эти передачи использовали последовательные адреса.
Мастера шины могут разъединить шину двумя способами. При использовании Release When Done (RWD) мастер освобождает шину, когда завершает передачу, и должен повторно определять арбитраж шины перед каждой последующей передачей. С Release On Request (ROR) мастер сохраняет шину, продолжая подтверждать BBSY * между передачами. ROR позволяет мастеру сохранять контроль над шиной до тех пор, пока другой мастер, желающий провести арбитраж для шины, не подтвердит сброс шины (BCLR *). Таким образом, ведущее устройство, которое генерирует пакеты трафика, может оптимизировать свою производительность путем арбитража шины только при первой передаче каждого пакета. Это уменьшение задержки передачи происходит за счет несколько более высокой задержки передачи для других мастеров.
Модификаторы адреса используются для разделения адресного пространства шины VME на несколько отдельных подпространств. Модификатор адреса - это 6-битный набор сигналов на объединительной плате. Модификаторы адреса определяют количество значащих битов адреса, режим привилегий (чтобы позволить процессорам различать обращения к шине программным обеспечением уровня пользователя или системы), а также то, является ли передача блочной передачей. Ниже представлена неполная таблица модификаторов адреса:
| шестнадцатеричный код | Функция | Пояснение |
|---|---|---|
| 3f | Стандартный контрольный блок передачи | Блочный перенос A24, привилегированный |
| 3e | Стандартный доступ к программе супервизора | Доступ к инструкциям A24, привилегированный |
| 3d | Стандартный доступ к данным супервизора | Данные A24 доступ, привилегированный |
| 3b | Стандартный непривилегированный блочный перенос | Блочный доступ A24 для обычных программ |
| 3a | Стандартный непривилегированный доступ к программе | Доступ к инструкции A24, непривилегированный |
| 39 | Стандартный непривилегированный доступ к данным | Доступ к данным A24, непривилегированный |
| 2d | Короткий супервизорный доступ | Привилегированный доступ A16. |
| 29 | Короткий непривилегированный доступ | непривилегированный доступ A16. |
| 0f | Расширенная передача супервизора блока | Передача привилегированного блока A32. |
| 0e | Расширенный доступ к супервизорной программе | Доступ к привилегированным инструкциям A32. |
| 0d | Расширенный контролирующий доступ к данным. | Привилегированный доступ к данным A32. |
| 0b | Расширенная непривилегированная блочная передача | непривилегированная блочная передача A32. |
| 0a | Расширенный доступ к непривилегированной программе | Доступ к непривилегированным инструкциям A32. |
| 09 | Расширенный непривилегированный доступ к данным. | A32 непривилегированный доступ к данным. |
| Примечание. | An, как в A16, A24, A32, относится к ширине адреса. |
VME также декодирует все семь уровней прерывания 68000 на 7-контактную шину прерывания. Схема прерывания - это одно из приоритетных векторных прерываний. Строки запроса прерывания (IRQ1 - IRQ7) определяют приоритет прерываний. Модуль прерывания утверждает одну из строк запроса прерывания. Любой модуль на шине потенциально может обработать любое прерывание. Когда модуль обработки прерывания распознает запрос прерывания с приоритетом, который он обрабатывает, он выполняет арбитраж для шины обычным способом, описанным выше. Затем он выполняет чтение вектора прерывания, передавая двоичную версию обрабатываемой строки IRQ (например, если обрабатывается IRQ5, то двоичный 101) на адресную шину. Он также утверждает строку IACK вместе с соответствующими стробами передачи данных для ширины считываемого состояния / идентификатора. Опять же, LWORD *, DS0 * и DS1 * позволяют циклам чтения статуса / идентификатора быть 8, 16 или 32-битными передачами, но большинство существующих аппаратных прерывателей используют 8-битные статусы / идентификаторы. Прерыватель реагирует передачей статуса / идентификатора по шине данных для описания прерывания. Модуль обработки прерываний (обычно ЦП) обычно использует этот статус / идентификационный номер для идентификации и запуска соответствующей процедуры обслуживания программного прерывания.
На шине VME все передачи являются DMA, и каждая карта является ведущей или ведомой. В большинстве шинных стандартов значительно усложняется поддержка различных типов передачи и выбора ведущего / ведомого. Например, с шиной ISA обе эти функции должны были быть добавлены наряду с существующей моделью «каналов», при которой все коммуникации обрабатывались хостом CPU. Это делает VME значительно проще на концептуальном уровне и в то же время более мощным, хотя требует более сложных контроллеров на каждой карте.
При разработке и / или устранении неисправностей шины VME изучение сигналов оборудования может быть очень важным. Логические анализаторы и анализаторы шины - это инструменты, которые собирают, анализируют, декодируют и хранят сигналы, чтобы люди могли просматривать высокоскоростные формы сигналов в свободное время.
VITA предлагает исчерпывающий список часто задаваемых вопросов, чтобы помочь в проектировании и разработке систем VME.
Компьютеры, использующие VMEbus, включают
Видно в разъеме объединительной платы.
P1
| Контакт | a | b | c |
|---|---|---|---|
| 1 | D00 | BBSY * | D08 |
| 2 | D01 | BCLR * | D09 |
| 3 | D02 | ACFAIL * | D10 |
| 4 | D03 | BG0IN * | D11 |
| 5 | D04 | BG0OUT * | D12 |
| 6 | D05 | BG1IN * | D13 |
| 7 | D06 | BG1OUT * | D14 |
| 8 | D07 | BG2IN * | D15 |
| 9 | GND | BG20UT * | GND |
| 10 | SYSCLK | G3IN * | SYSFAIL * |
| 11 | GND | BG3OUT * | BERR * |
| 12 | DS1 * | BR0 * | SYSRESET * |
| 13 | DS0 * | BR1 * | LWORD * |
| 14 | ЗАПИСАТЬ * | BR2 * | AM5 |
| 15 | GND | BR3 * | A23 |
| 16 | DTACK * | AM0 | A22 |
| 17 | GND | AM1 | A21 |
| 18 | AS * | AM2 | A20 |
| 19 | GND | AM3 | A19 |
| 20 | IACK * | GND | A18 |
| 21 | IACKIN * | SERCLK | A17 |
| 22 | IACKOUT * | SERDAT * | A16 |
| 23 | AM | GND | A15 |
| 24 | A07 | IRQ7 * | A14 |
| 25 | A06 | IRQ6 * | A13 |
| 26 | A05 | IRQ5 * | A12 |
| 27 | A04 | IRQ4 * | A11 |
| 28 | A03 | IRQ3 * | A10 |
| 29 | A02 | IRQ2 * | A09 |
| 30 | A01 | IRQ1 * | A08 |
| 31 | -12V | + 5VSTDBY | + 12V |
| 32 | + 5V | + 5V | + 5V |
P2
| Вывод | a | b | c |
|---|---|---|---|
| 1 | Определяется пользователем | + 5V | Определяется пользователем |
| 2 | Определяется пользователем | GND | Определяется пользователем |
| 3 | Пользователь Определено | ЗАрезервировано | Определено пользователем |
| 4 | Определено пользователем | A24 | Определено пользователем |
| 5 | Определено пользователем | A25 | Определяется пользователем |
| 6 | Определяется пользователем | A26 | Определяется пользователем |
| 7 | Определяется пользователем | A27 | Определяется пользователем |
| 8 | Пользователь Определено | A28 | Определено пользователем |
| 9 | Определено пользователем | A29 | Определено пользователем |
| 10 | Определено пользователем | A30 | Определено пользователем |
| 11 | Пользовательское De оштрафовано | A31 | Определено пользователем |
| 12 | Определено пользователем | GND | Определено пользователем |
| 13 | Определяется пользователем | + 5V | Определяется пользователем |
| 14 | Определяется пользователем | D16 | Определяется пользователем |
| 15 | Определено пользователем | D17 | Определено пользователем |
| 16 | Определено пользователем | D18 | Определяется пользователем |
| 17 | Определяется пользователем | D19 | Определяется пользователем |
| 18 | Определяется пользователем | D20 | Определяется пользователем |
| 19 | Определяется пользователем | D21 | Определяется пользователем |
| 20 | Определяется пользователем | D22 | Определяется пользователем |
| 21 | Определяется пользователем | D23 | Определяется пользователем |
| 22 | Определяется пользователем | GND | Определено пользователем |
| 23 | Определено пользователем | D24 | Определено пользователем |
| 24 | Определяется пользователем | D25 | Определяется пользователем |
| 25 | Определяется пользователем | D26 | Определяется пользователем |
| 26 | Определяется пользователем | D27 | Определяется пользователем |
| 27 | Определяется пользователем | D28 | Определено пользователем |
| 28 | Определено пользователем | D29 | Определено пользователем |
| 29 | Определяется пользователем | D30 | Определяется пользователем |
| 30 | Определяется пользователем | D31 | Определяется пользователем |
| 31 | Определяется пользователем | GND | Определяется пользователем |
| 32 | Определяется пользователем | + 5V | Определяется пользователем |
P2 строки a и c могут использоваться вторичной шиной, например STEbus.
