Modular Open Systems Architecture (MOSA) adressiert Trends bei modularen Systemen für die Verteidigung
Die gemeinsamen Bemühungen des Verteidigungsministeriums, Regierungsbehörden und der Industrie in den letzten zwei Jahren haben zu gemeinsamen Bemühungen geführt, durch die Entwicklung eines offenen Standards eine gemeinsame Plattform einzuführen. Diese neue Initiative beginnt damit, dass die Regierung zum Ausdruck bringt, was sie von Unternehmen für eingebettete Systeme und von allen Beteiligten erwartet, die zusammenarbeiten, um diese Ziele zu erreichen. Die Hauptziele bestehen darin, grundlegende Systemarchitekturen für gängige Systeme zu spezifizieren, wie z. B. die Auswahl eines Hardwarestandards — in diesem Fall des bestehenden OpenVPX-Standards — und die Systeminteroperabilität. Diese Bemühungen, bekannt als The Open Group Sensor Open Systems Architecture™ oder SOSA™, haben eine Zusammenarbeit über verschiedene Branchengrenzen hinweg ermöglicht, die zuvor nicht möglich war. Die Frage der modularen Interoperabilität blieb jedoch bestehen. Die Einschränkung der Verwendung und die gezielte Verwendung von OpenVPX-Slot-Profilen hat dazu beigetragen, diese Bemühungen voranzutreiben. Die Überwachung und Verwaltung von Gehäusen, obwohl sie schon lange in anderen offenen Standards enthalten waren, ist nun eine Anforderung von OpenVPX, wie in VITA 46.11 spezifiziert. (Einen kurzen Überblick über SOSA und seine Entwicklung finden Sie in unserem Alphabet Soup Blog.) Zusätzliche Funktionen bedeuten in der Regel einen erhöhten Energiebedarf. Dies macht neue Techniken zur Kühlung der Module erforderlich. Die Definitionen der Stromschnittstellen wurden normalisiert, um die Stromversorgung zu vereinfachen und die Interoperabilität auf Systemebene zu verbessern. Die Systemverwaltung ist ein weiterer Bereich, der die Netzwerkinfrastruktur verändert, insbesondere im Bereich der Normalisierung von Stromversorgungssystemen.
Integrierte Plattformen stellen die Basisinfrastruktur bereit
Die Plattformen, die Verpackungslieferanten entwickeln, bilden die Basisinfrastruktur, die für den Aufbau robuster eingebetteter Systeme erforderlich ist. Es ist also eine natürliche Entwicklung, dass sich mit der Weiterentwicklung der Anwendungsanforderungen auch das Framework des Systems selbst weiterentwickelt. In vielen neueren Systemen werden beispielsweise Hochgeschwindigkeitskanäle in der Backplane implementiert, um mit den Datenanforderungen in der gesamten Netzwerkinfrastruktur Schritt zu halten. Um dem Bedarf an Timing gerecht zu werden, wurde eine radiale Taktung eingeführt.
Blog zu modularen offenen Standardanforderungen — Abbildung 1
ABBILDUNG 1: Mit der Zunahme der Systemkapazitäten müssen sich auch die Anforderungen an die Infrastruktur weiterentwickeln.
Backplane-Geschwindigkeit ist gefragt
Was sind also einige der Auswirkungen der zunehmenden Geschwindigkeit dieser Schnittstellen? Erstens arbeiten die Backplanes jetzt zweieinhalb Mal schneller, von 10 G bis 25 G. Dies erfordert außergewöhnliche Modelle und Simulationen zur Signalintegrität, um die Entwurfsannahmen zu verifizieren. Höhere Kanalgeschwindigkeiten erhöhen den Bedarf an neuem Hochgeschwindigkeitsmaterial, das Verluste besser verarbeiten kann, aber auch teurer ist. Als Nächstes werden bessere Steckverbinder benötigt, weshalb sich die Embedded-Community seit geraumer Zeit auf Hochgeschwindigkeits-VPX-Steckverbinder konzentriert, die jetzt verfügbar und abwärtskompatibel von 10 G bis 25 G Durchsatz sind.
Die Geschwindigkeit der Ethernet-Schnittstelle hat zugenommen. Heute arbeiten wir hauptsächlich mit 10-Gbit/s-Ethernet über die Backplane, wobei der Trend in Zukunft in Richtung 40 und 100 Gbit/s geht. In ähnlicher Weise sehen wir, dass PCIe von Gen 3 mit 8 GT/s auf Gen 4 mit 16 GT/s übergeht.
Was ist mit der Kühlung und der Stromversorgung?
Die Kühltechniken wurden ebenfalls beeinträchtigt, da die Systemkapazitäten und die Verarbeitungsleistung zunahmen. Mit den herkömmlichen VITA 48.1 Luftkühlungsstandards und 48.2 Konduktionskühlung stoßen Systementwickler auf eine Grenze von 60 W bis 75 W. Neue Techniken zur Verringerung der höheren Wärmeableitung sind erforderlich, wie z. B. der Luftstrom durch die Kühlung oder 48,8, bei dem Luft durch die Seite des Moduls über die Lamellen nach oben gedrückt und dann aus dem Gehäuse heraus gedrückt wird. Dadurch kann das Modul bis zu zweimal mehr Wärme abführen, sodass ein Bereich zwischen 60 W und 130 W problemlos bewältigt werden kann. VITA 48.4 sorgt für eine noch stärkere Kühlung durch Flüssigkeitsdurchflussverfahren (LFT). Auch die Entwicklungen im Bereich Elektronikverpackungen mussten mit den sich ändernden Techniken zur Wärmeminderung Schritt halten. Verbesserte Technologien in der einfachen Kartenführung bieten beispielsweise neue Kanäle für die Luftzirkulation. Entwickler von Systemmodulen werden diesem Beispiel folgen müssen, und zwar in Form von komplexen Kühlkörpern, die zwar neue Herstellungstechniken erfordern, den Designern aber helfen, die erforderlichen Kühlanforderungen zu erfüllen. (Abbildung 2)
Blog „Modular Open Systems Requirements“ — Abbildung 2
ABBILDUNG 2: Neue Kühlmethoden erhöhen die Verlustleistung in Watt in eingebetteten Systemen mit hoher Dichte. Bemühungen, die Anzahl der aus einer Stromversorgung kommenden Schienen zu vereinfachen, tragen ebenfalls zur Lösung von Problemen mit der Stromversorgung bei. Bei einer typischen Stromversorgung hätten wir +12 V, +5 V, +3 V und +/-12 V. Um die Backplane-Stromversorgungsschnittstelle zu normalisieren und zu vereinfachen, wurde die Stromversorgung nur bei 3,3-V-AUX auf 12 V reduziert, was eine Neuarchitektur der Stromversorgungsmodule erforderlich machte. Im Zuge dieser Änderung wurden auch Stromversorgungsmodule immer intelligenter, und VITA 46.11 integrierte Verwaltungsfunktionen bietet. Über IPMB, IPMC und ein Plattformverwaltungsmodul kann das System nun die Stromversorgungs- und Platinenmodule abfragen, um fortlaufend Informationen zur Überwachung des Systemzustands zu erhalten.
HF und Optik helfen
Die Geschwindigkeiten der Schnittstellen zeigen einen klaren Trend in Richtung HF und Glasfaser. Sowohl auf den Backplanes als auch auf den Modulen ändern sich die Anschlüsse. Ein Glasfaseranschluss am Modul kann die I/O mit einem Gegenstecker an der Rückwandplatine aufnehmen. Ebenso nimmt die HF-Bandbreite zu und die Anforderungen an die Dichte steigen. Wir sehen neue HF-Steckverbindermodule.
Zusammenarbeit ist der Name des Spiels
Da die Kapazitäten zunehmen und Interoperabilität immer mehr zur Norm wird, stellen klar definierte offene Standards sicher, dass alle Beteiligten effizient und effektiv auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten. Dieses System der gegenseitigen Kontrolle ebnet auch den Weg für neuere und bessere Innovationen, für eine robuste Anwendung zur Übernahme veränderter Technologiestandards.
