Home ›

Systemy Elektroniczne

Działalnością w sferze systemów elektronicznych zajmują się:

Jeśli jesteś zainteresowana/y naszymi projektami lub współpracą kliknij tu. Jeśli interesują Ciebie informacje szczegółowe (linki zewnętrzne) kliknij na kącik linków. Czytaj dalej jeśli chcesz się zapoznać z tematyką systemów elektronicznych prowadzonych w naszym kole.

Wstęp

Systemem elektronicznym nazywamy (współpracujący ze sobą) zespół elementów elektronicznych realizujących jedną lub wiele (naraz) złożonych funkcji. Sztandarowym systemem elektronicznym jest nasz komputer PC/MAC/Solaris!!! - który nota bene składa się z wielu standardów mechanicznych, elektronicznych i informatycznych zgrywających się w jedną (nie)skomplikowaną układankę :)

Nie licząc naszych komputerów osobistych, w naszym kole zajmowaliśmy się jak dotąd systemami elektronicznymi opartymi o standardy VME, uTCA oraz FMC.

Jest jednak wiele innych standardów na których buduje się systemy elektroniczne: PMC, AMC, ATCA, VXS, VPX, VXI, OpenVPX, CompatPCI, PXI, oraz inne nowo-powstałe. Standardy te składają się z kolei z zupełnie nowo-wymyślonych rozwiązań lub wykorzystują już rozwiązania ustandaryzowane przez organizację takie jak: EIA, TIA, IEC, ITU, ANSI, IEEE, ISO, PCISIG, VITA, oraz inne, a nawet inne nowo-powstałe organizacje. Jak widać w gąszczu standardów, organizacji oraz norm można się zgubić :). Na łamach wstępu omówimy krótko i "po ludzku" tylko 3 standardy, z którymi w kole (i w pracy) mamy styczność: VME, uTCA, oraz FMC.

VME

VERSAmodule Eurocard. Jest kombinacją standardu elektrycznego VERSAbus oraz mechanicznego Eurocard. Systemy oparte o standard VME konstruowane są z:

  • Szaf (racków) 19-sto calowych, stanowiących szkielet (chasis) mechaniczny, który można przystosować dla przechowywania/mocowania Krat różnych wysokości,
  • Krat, będących mechanicznym mocowaniem dla różnej lub tej samej wielkości modułów VME,
  • Pasywnego lub aktywnego backplane, w który instaluje/wkłada się moduły VME,
  • Modułów VME, na których znajduję się docelowa elektronika,
  • Opcjonalnie modułów VME będącymi płytami "matkami" dla innych modułów takich jak PMC.

Kraty gotowe do kupienia na rynku wyposażane są od razu w odpowiednie backplane. Pojedyncza krata może zawierać miejsce na moduły różnej wielkości (jak ta) lub być w całości przystosowana do jednej wielkości modułów (jak ta).

Moduły są połączone są ze sobą elektrycznie poprzez połączenia wykonane na płycie backplane. VME precyzuje połączenia pomiędzy modułami w topoligii magistrali (co w obecnych czasach jest wadą), gdzie magistralą zarządza (przydziela dostęp lub też nie) kontroler VME. Kontroler VME jest umieszczany typowo w pierwszym (na lewo) slocie kraty. Typowe jest również dla krat wydzielenie specjalnego miejsca na moduł zasilacza i chłodzenia (przód kraty, tył kraty, schemat kraty), ale są też kraty bez takich opcji.

Warte wspomnienia jest również, iż obok standardu VME (oraz generalnie obok standardów opartych o standard mechaniczny Eurocard taki jak CompactPCI lub VPX) wyrósł standard PCI Mezzanine Card (PMC). PMC określa od strony mechanicznej oraz elektrycznej płytki nakładkowe, które można instalować na płytach matkach. Na płyty PMC (oraz generalnie płyty nakładkowe) typowo przenosi się funkcje, które warto oddzielić logicznie (funkcjonalnie) i fizycznie od magistrali VME. W ten sposób płyta matka może uzyskać dowolną funkcjonalność (w zależności od funkcji płyt PMC), a co najważniejsze płyta matka wraz płytami PMC komunikują się poza magistralą VME zupełnie niezależnie od reszty modułów VME.

uTCA

Micro Telecommunications Computing Architecture (w skrócie MTCA, μTCA lub uTCA). Jest standardem opracowywanym przez PCISIG wraz z wieloma przedsiębiorstwami z całego świata.

Standard uTCA wywodzi się ze standardów   AdvancedTCA (ATCA) oraz Advanced Mezzainine Card (AMC). Jak sama nazwa wskazuje uTCA jest w pewnym sensie "pomniejszoną" wersją ATCA. Nie potrzeba jednak (na całe szczęście) wiedzieć nic o ATCA by zapoznać się z uTCA.

Rozwiązania oparte o standard uTCA konstruowane są z:

Moduły AMC mogą być połączone ze sobą:

  • czysto pasywnie jeden-w-jeden (point-to-point) poprzez połączenia wykonane na płycie backplane/nośnika, możliwe jest w ten sposób utworzyć połączenia każdy-z-każdym (co niestety wymaga wykonania wielu połączeń na płycie backplane sprawiając, iż trudno taką płytę wykonać lub jest ona droga),
  • poprzez wykorzystanie odpowiednich układów scalonych znajdujących się na modułach zarządzania (lub przeniesionych na płytę backplane/nośnika) tworząc połączenia w topologii gwiazdy (zachodzi komutacja pakietowa),
  • łańcuchem, gdzie wszystkie moduły AMC (lub z jakiś powodów wybrane) mogą komunikować się tylko ze swoim sąsiednim modułem AMC (rzadko jednak stosowane).

Standard uTCA definiuje także:

  • parametry zasilania wejściowego dla modułu zasilania wew. kraty (+24V, -48V lub -60V),
  • parametry zasilania wyjściowego dla modułu zasilania wew. kraty (+12V),
  • parametry elektryczne złącza krawędziowego płyty AMC,
    - zasilania wynoszącego 12V oraz nisko-prądowego 3.3V,
    - sygnałów tworzących: 21 multi-giga-bitowych portów, JTAG, I2C, 5 par różnicowych dla zegarów,
  • parametry elektryczne złącza miedzy płytami AMC, a komplementarnym uRTM,
  • sposób zarządzania modułami AMC (i kratą uTCA), zasilaniem oraz chłodzeniem:
    - umożliwienie hot-swap,
    - dystrybucja zasilania (włączanie, wyłączanie modułów AMC),
    - kalkulacja dostępnej i wymaganej mocy dla każdego modułu AMC,
    - umożliwienie zdalnego rozruchu modułów AMC,
    - sterowanie chłodzeniem (ustalanie trybu pracy: manulny, sprzężenie wentylator-temperatura),
    - przydzielanie adresów modułom AMC,
  • niektóre protokoły oraz interfejsy modułu AMC (zostawiając resztę jako zdefiniowaną przez użytkownika) - najnowsze wersje standardu specyfikują jednak prawie wszystkie interfesjy oraz wymagane protokoły takie jak RapidIO, SGMII, SATA, PCIe (oraz InfiniBand)

FMC

FPGA Mezzanine Card. Jest to względnie nowy standard, w ciekawy sposób zoptymalizowany (o czym można przeczytać tutaj), opisujący moduł nakładkowy ściśle współpracujący z FPGA. Precyzuje on:

  • minimalne rozmiary płytki nakładkowej:
    - standardowa płytka o pojedynczej szerokości: 69mm x 76.5mm, zawierająca jedno złącze FMC (tu przykład jednej, a tu drugiej),
    - standardowa płytka o podwójnej szerokości: 139mm x 76.5mm (rzadko spotykana i rzadko projektowana), zawierająca dwa lub jedno złącze FMC,
  • złącza FMC w dwóch kompatybilnych mechanicznie ze sobą wersjach:
    - Low-Pin-Count (LPC) zawierających 160 połączeń,
    - High-Pin-Count (HPC) zawierających 400 połączeń,
  • sygnały i zasilania, czyli tzw. pinout, który zawiera:
    W przypaddku LPC: 68 sygnałów lub 34 pary różnicowe użytkownika, dedykowaną jeden lane (dwie pary) na sygnały wielo-giga-bitowe, pary zegarowe, JTAG, I2C, zasilania (12V, 3.3V oraz zasilanie użytkownika),
    W przypadku HPC: 160 sygnałów lub 80 par różnicowych użytkownika, dedykowane 10 lane'ów (20 par) na sygnały wielo-giga-bitowe, pary zegarowe, JTAG, I2C, zasilania (12V, 3.3V oraz zasilanie użytkownika).

Płytki nakładkowe FMC w standardzie FMC nazwane zostały "modułami" (FMC module), a płyty matki "nośnikami" (FMC carrier). FMC nie precyzuje jak ma być skonstruowana płyta matka. Może być np. taka, może być i taka... jest to obojętne. Standard FMC został jednak opracowany z myślą o tym, iż płyty nakładkowe będą obsługiwane przez FPGA znajdujące się na płycie matki - i w zasadzie (choć nie ma takiego wymogu), to wszystkie płyty matki dla FMC zawierają FPGA. Niektóre płyty matki jednak nie wykorzystują pełnego standardu, ale jego część: tak jak ta, gdzie niektóre połączenia (wymagane przez standard FMC) na złączach LPC nie zostały jednak podłączone do FPGA na płycie matki. Standard FMC nie precyzuje również (czyli też nie ogranicza) jak ma zachodzić komunikacja między modułem a płytą matki.

Nasza działalność

Obecnie w kole naukowym w ramach specjalności związanej z systemami elektronicznymi tworzone są projekty dla systemów opartych o standardy: FMC, VME, uTCA oraz dla komputerów przemysłowych (na których uruchamiamy również systemy wbudowane).

Nasze projekty skupiają się głównie na wykorzystaniu zaawansowanych układów cyfrowych takich jak mikro-procesory (uP), procesory sygnałowe, układy programowalnej logiki (FPGA, CPLD). Projektujemy złożone systemy elektroniczne, szybkie analogowe front-endy, komputery przemysłowe, karty typu add-on: PCIe, FMC, PCI, VME, uTCA, urządzenia wyposażone w interfejsy RF (BT, WIFI, Zigbee), kamery przemysłowe i astronomiczne, a nawet studenckie projekty typu low-cost ;).

Jeśli jesteś osobą ciekawską i chcesz zobaczyć jak to wszystko działa i wygląda lub też chcesz się wdrożyć w tematy systemów elektronicznych, ale nie bardzo wiesz jak i gdzie zacząć, to zachęcamy do odwiedzenia nas na 6 piętrze - pokój 603B. Możesz też napisać e-mail do wymienionych osób.

Osoby posiadające  już doświadczenie w oprogramowywaniu, tworzeniu systemów opartych o VME, uTCA lub FMC zapraszamy do dołączenia do koła w celu realizacji bardziej zaawansowanych projektów, które przy odrobinie wysiłku mogą stać się nie tylko dobrą zabawą, ale również waszą pracą dyplomową!

Kącik Linków

Artykuły SPIE

 

User login