Serial Fabric は約 40MB/Sec が限界で VME64 又は Vme64x でも （スイッチド・シリアル・ファブリック） 最大 80MB/Sec となっております。そこで 2004 年 以降規格化されてきたのが Switched Serial Fabric を 使用した転送方式です。ここではその概要を説明します。
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ミッシュのホームページが 300 種類以上のAD、DA、FPGA ボ ード を ライ ン ナップ 組込みボードユーザにベストな ソリューションを提供します SEARCH MISH 又は www.mish.co.jp New 機能別にボード バス規格別にボード 検索が可能 検索が可能 2 MISH International Co. Ltd. リニューアルされました !! 製品写真拡大も OK 各ボード製品の特徴 が記述されています。 Renewal 関連製品がリスト アップされます。 AD、DA ボードをバス規格別に 絞り込むことも簡単です。 全ての AD、DA ボードがサンプリングスピード、 分解能、チャネル数で一覧表示されます。お客様に 最適なボードをクイックサーチすることが出来ます。 別検索で AD、DA ボード 機能 を検索すると… VME/VXS/VPX ボードを機能別に 絞り込むことも簡単です。 全ての VME/VXS/VPX ボードが、機能別に一覧 表示されます。お客様のアプリに最適な一枚をお選 び頂くことが可能です。 別検索で VME・VXS・VPX バス規格 ボードを検索すると… http://www.mish.co.jp 3 Switched VME バスが開発されてから約 27 年が経過しますが、現 在でもコネクタの信頼性が求められる分野（インダスト リアル、防衛、宇宙等）では VME ボードは根強く使用 されています。しかしながら、VME バスの転送レート Serial Fabric は約 40MB/sec が限界で VME64 又は VME64x でも （スイッチド・シリアル・ファブリック） 最大 80MB/sec となっております。そこで 2004 年 以降規格化されてきたのが Switched Serial Fabric を 使用した転送方式です。ここではその概要を説明します。 スイッチド・シリアル・ チェックの機能を備 図１ シリアル通信の方式 パラレルデータ パラレルデータ ファブリックとは えています。 SERDES シリアルペア（送信データ） シリアルペア（受信データ） SERDES バックプレーンの転送レートに対し このポイント・ % （シリアライザ） 差動信号 （デシリアライザ） / てフロント側入出力のインターフェイ トゥ・ポイントの クロック クロック ス（ 例 え ば FPDP, FibreChannel, SCSI, シ リ ア ル 通 信 を、 表１ ビットクロックに対する転送レート LVDS, GB Ethernet 等）は更に高速化し スイッチを使用し ビットクロックに対する転送レート ています。それに伴いバックプレーン て網目構造にした Bit Clock 1x Lane 4x Lane 8x Lane 側も高速化が求められており、従来米 ものがスイッチド・ 1 GHz 100 MB/sec 400 MB/sec 800 MB/sec 国 Mercury Computer Systems 社 の シリアル・ファブ 2.5 GHz 250 MB/sec 1 GB/sec 2 GB/sec RACEway (RACE++ で 266MB/sec) とい リックです。（図３ 3.125 GHz 312 MB/sec 1.25 GB/sec 2.5 GB/sec うクロスバースイッチを使用したパラ 参照） レルのデータ転送専用バスが VME の業 各デバイスはク 図２ パケットデータの転送 界では高速なバスとして広く使用され ロスバースイッチ Header Data Payload Checksum Header Data Payload てきました。但し、更に高速な転送を を経由して同時に Checksum Header Data Payload Checksum Header Data Payload 行う為にはパラレルでは限界があり、 データ転送が可能 Checksum シリアルに移行する必要がありました。 で す。 ま た、 ク ロ そこで登場したのがスイッチド・シリ スバースイッチは 図３ スイッチド・シリアル・ファブリックの概念図 アル・ファブリック技術です。 ポ イ ン ト・ ト ゥ・ クロスバースイッチ 通常、高速シリアル通信は２本の差 ポイントの２つの Device Device 動（+/-）電圧信号を使用してデータを デバイスを同時に 転送します。（図１参照） 接続する為、パケッ Device Device この場合のビットレートは一般的に ト・ ル ー テ ィ ン グ 1GHz, 2.5GHz, 3.125GHz 等のビットレー 情報を使用して Device Device トとなります。また、送信側はシリアラ データの転送先を イザで 8B/10Bエンコードを使用して 切り替えます。 8bit データを 10bit に符号化します。よっ て、シリアルの通信レートは実質 80% スの規格です。VXSは従来の 6U VME ボー ANSI/VITA の規格に関して の転送レートとなります。ビットクロッ ドの P0 コネクタを使用して高速のシリ クが 1GHz の場合、転送レートは実質 スイッチド・シリアル・ファブリッ アル通信を行います。各 VME ボードは 800Mbps (=100MB/sec) となります。 ク の 規 格 は 米 国 規 格 協 会 ANSI ペイロードカードと呼ばれ２つの 4x VXS シリアル通信ではデータ（ヘッダ、 (American National Standards Institute) ポート（ポート A と B）を備えており、 フッタ含む）は全てパケットデータとし で規格化されています。 各リンクは 2.5Gbps 又は 3.125Gbps で動 て転送されます。（図２参照）この時の 作します。また、スイッチカードを使用 転送プロトコルは各規格により異なりま VITA 41 (VXS) することで複数枚のペイロードカードを す。また、ほとんどのプロトコルはエラー VITA 41 は VME バスを拡張した VXS バ 接続することができます。 4 MISH International Co. Ltd. MISH Tech Journal 2008 WINTER い７列のハイスピードコネクタ（最大 6.25Gbps）が各ボードに搭載されてい VXS/VPX のバックプレーン ます。VPX システムは 5GB/sec 以上の 性能を備えたフル・スイッチド・シリ VXS/VPX はバックプレーン経由で高 アル・ファブリックです。 速シリアル通信を行う為、従来の VME （又は VME64）のバックプレーンを使 VXS ボード外観 用する事はできません。 下図に４スロットの VXS バックプ VITA 41 では下記通信プロトコルが規 レーンの図を示します。 格化されています。 図５ ４スロット VXS バックプレーン VITA 41.1：Infi niBand VITA 41.2：Serial RapidIO VITA 41.3：Gigabit Ethernet VPX ボード外観 VITA 41.4：PCI Express VITA 46 では下記通信プロトコルが VITA 41.5：Aurora 規格化されています。 P0:VXS用の ス イッチ カ ード ハイスピー 用 の コ ネ ク タ VITA 46.3：Serial RapidIO ド コ ネ ク タ 図４ VXS のプロトコル規格 VITA 46.4：PCI Express VXS.O Provisional Standard Base specification Mechanical, power, etc. Active Draft Standard VITA 46.5：Hypertransport（予備） Reserved for Future Use VXS.1 VITA 46.6：Gigabit Ethernet（予備） 4X lnfiniBand Link Technology VITA 46.7：10Gbit Ethernet（予備） また、更に拡張したバックプレーン VXS.2 4X Serial RapidlO Link Technology VITA 46.8：Infi niband（予備） は下の写真の様に中央にスイッチカー VXS.3 1/10 Gigabit Ethernet Link Technology ドのスロットが２つあり、１枚のス VXS.4 VITA 48 (VPX REDI) イッチカードで 18 枚のペイロードカー 4X PCI Express Link Technology VITA 48 は VPX の耐環境拡張仕様の ドを 4x Link で接続します。もう１枚 VXS.5 4X Aurora Link Technology 規 格 Ruggedized Enhanced Design のスイッチカードでもう一方の 4x Link VXS.6 1X Gigabit Ethernet Control Channel Layer Standard Implementation (REDI) です。VPX REDI を接続します。 VXS.7 は冷却仕様を拡張したものでミリタ Redundant Processor Mesh for VXS リー用途に特化した仕様です。 VXS.10 Live Insertion Specification VXS.11 Rear Transition Module Specification これらプロトコルの中で、市場で多 く使用されているのは Serial RapidIO VPX REDI ボード外観 18 スロット VXS バックプレーン外観 又はオーバーヘッドの少ない Aurora で す。Serial RapidIO は RapidIO Trade VITA 42 (XMC) VPX のバックプレーンで各ボード間 Association により策定された高速シリ VITA 42 は PMC (PCI Mezzanine Card) で使用される通信プロトコルの概略イ アル・インターフェイスの規格です。 の拡張仕様で高速シリアル・スイッチ メージを下図に示します。 元 々 は 米 Motorola 社 と 米 Mercury ド・プロトコルを備えたメザニンカー Computer Systems 社により開発され ドです。VXS 又は VPX のボード上に搭 た RapidIO 技術をベースとしています。 載して使用します。 Aurora は米 Xilinx 社により開発された RocketIO の MGT ブロックを使用した 高速シリアル通信プロトコルです。 図６ VPX で各ボード間に適した通信プロトコル Xilinx 社より無償で提供される IP コア Backplane Links を使用することができますので最も初 Point-to-point domain I/O expansion Input/output Input/output 期投資が少なく済みます。 FPGA/CPU Switch IO domain (split) FPGA FPGA CPU CPU VITA 46 (VPX) Distributed domain VITA 46はスイッチド・シリアル・ファ ブリックに特化した新しい規格 VPX で Control plane GbEthernet す。VPX は従来の VME とは互換性の無 http://www.mish.co.jp 5 MISH の MISH の取り扱い製品群の中には海外の優れたスイッチ シリアル・ファブ ド・シリアル・ファブリック製品があります。 リック対応製品 ここではその一部を紹介します。 XMC：Dual 4x Gbit serial Model7150 シリーズ、Model7140シリー Model4207(VXS) Front Panel I/O： Dual Gbit Ethernet, Quad RS-232 ズ、Model7142 シリーズ等を搭載する Model4207 は VXS に対応した PowerPC FPGA (option)：Xilinx Virtex-4 ことで無線通信のプラットフォームとし I/O プロセッサボードです。 High-speed Front Panel I/O (option)： て使用することができます。 Dual Fibre Channel 4Gbps FPGA FibreChannel PCIe to PCI コントローラ ブリッジ VXS (option)： 4X full duplex link×2ポー MPE730 (VPX) ト 1.25GB/sec/port MPE730 は VPX に 対 応 し た Serial クロスバー スイッチ 中央に配置されたクロスバースイッチ RapidIO の PowerPC プロセッサボードです。 Power PC が VXS, XMC, PowerPC, FPGA, 光 I/O 間を PowerPC VME インター Serial RapidlO 相互に接続します。信号処理プロセッサ フェイス クロスバースイッチ として米 Freescale Semiconductor 社製 PCI ブリッジ XMC VXS XMC PCI ブリッジ デュアルコアPowerPCプロセッサ Model4207 ボード外観 MPC8641D が搭載されており、またオ PCIe スイッチ プションで Xilinx 社 FPGA Virtex-4 を追 Power 仕様： 加する事ができますので強力なスイッチ PC Processor：MPC8641/8641D 1.33GHz ド・ファブリック信号処理ボードとして PCIe- Memory：1GB DDR2 SDRAM 使用する事ができます。XMC/PMC サイ PC ブリッジ PMC：64bit/100MHz トが２スロットあり、XMC に対応した XMC VPX XMC PowerPC MPE730 ボード外観 図７ Model4207 の内部ブロック図 図８ MPE730 ボードブロック図 XMC/PMC 光 I/O オプション RS-232C XMC/PMC メザニンサイト メザニンサイト Gb Ethernet GbE GbE PowerPC プロセッサ 1GB 1GB 1GB 1GB FrontPanel I/O FrontPanel I/O FrontPanel I/O FrontPanel I/O FrontPanel I/O DDR2 DDR2 DDR2 DDR2 2 2 SDRAM SDRAM SDRAM SDRAM Dual Dual MPC8641 Quad PMC PMC Single/Dual Core XMC Optical Gigabit RS-232C XMC MPC8641D MPC8641D Interface Ethernet PMC PPC PPC PMC 1000bT DDR2 DDR2 2 Site XMC XMC Site SDRAM SDRAM P14 1GB 1GB To J16 J15 J25 J26 PCI Bridge PCI Bridge FLASH DMA Real Time FPGA Fibre 128MB Clock PCI-X Channel, Serial FPDP, Bus 0 PCIe or 8x 8x System Control (64 Bits, SRIO... SRIO PCI-X Bus 1 PCI-X PCIe- PCI-X Node -PCIe PCI-X -VME 100 MHz) (64 Bits, 100 MHz) Xilinx Virtex-5 PCIe to FF1153 PCI-X Bridge Y Y 2x 2x Dual 4 Gbit Fibre Channel 64 Controller 4x 4x 4x 4x PROTOCOL TRANSPARENT 4x CROSSBAR Virtex-4 FPGA SWITCH 4x GbE 20 Diff PCIe 4sRIO 20 Diff VME GbE VME64x FX60 or FX100 Interface (P4) Pairs x4/8 x4(P1) Pairs 2eSST (P4) (P5/6) (P3) & Optional (P3/4) (P2) 2sRIO 2x 4x 4x Gigabit DDR2 DDR2 x4(P6) FibreChannel オプ FLASH P2 VME64x ENET-x VXS VITA 41 128MB SDRAM SDRAM ション（JBOD 接続用） 1GB 1GB PCIe x8 Differential Pairs PCIe x4 GbE VME64x インターフェイス 4x Gigabit クロス FPGA オプション Serial Rapld IO x4 PCI-X64-bit 133MHz バースイッチ 6 MISH International Co. Ltd. MISH Tech Journal 2008 WINTER 仕様： アブレードをインストールしてシステ スイッチブレードには８ポートの 4x Processor： Dual MPC8641D 1.0, 1.33, ムを構築します。キャリアブレードに sRIO ポ ー ト を 持 っ た Tundra 社 製 1.5GHz は各種 AMC モジュールを４枚搭載す Tsi578 を３個搭載しており、キャリア Memory：1GB DDR2 SDRAM る事ができます。 ブレード間をクロスバースイッチで接 PMC：PCI-X 133MHz 続します。また、ホストプロセッサ又 Ensemble XMC：PCIe x4/x8, sRIO x4 はハードディスクドライブ用に２つの BCC-201 Quad Front Panel IO： Dual Gbit Ethernet, AMC ベイが装備されています。 AMC キャリア 4x RS232 これらの AMC モジュールを搭載した ブレード Back plane：VME：2eSST (P2) キャリアブレードを Serial RapidIO のク sRIO：x4 (P1) 3.125Gbps ロスバースイッチで各 AMC モジュール Ensemble PCIe：x4/x8 (P3) 間の高速データ同時転送を可能にしま MPC-102 GbEthernet：1000Base-T (P4) す。また、最大56 枚までの AMC をスケー Dual-Core 8641D ラブルに拡張することが可能です。 AMC モジュール MPE730 の心臓部となるのは左右に位 また、Ensemble ATCA Platform には 置 す る Freescale 社 製 デ ュ ア ル コ ア 専用のミドルウェアパッケージが提供 Ensemble PowerPC プ ロ セ ッ サ MPC8641D で す。 されており、スイッチド・ファブリッ MPQ-101 MPC8641D は 2.5GHz で動作可能な x8 の ク環境に最適化された API ライブラリ PowerQUICC III PCIe をサポートしており PCIe のクロス 及びソフトウェア・ユーティリティを AMC モジュール バースイッチ（青色）経由で VPX への高 使用する事でユーザのアプリケーショ 速 デ ー タ 転 送 を 可 能 に し ま す。 ま た、 ン開発を加速することが可能です。 Ensemble MTI-203 MPC8641D は 3.125GHz で動作可能な x4 DSP FPGA Signal/ の Serial RapidIO (sRIO) もサポートして Video Processing いますので sRIO のクロスバースイッチ AMC モジュール （オレンジ色）経由で P 1 ファブリック ポ ー ト に 接 続 し ま す。 本 ボ ー ド に は Ensemble XMC/PMC サイトが２スロットあり同様 MXI-205 Xilinx にクロスバースイッチを経由してバック V5 FPGA AMC プレーン（VPX）への高速転送が可能です。 モジュール BSW-201 RapidIO/GigE スイッチブレード MPE730 は VPX REDI に対応していますの で航空機などへの搭載が可能です。 各キャリアブレードはSerial RapidIO のスイッチブレードを経由して各AMC Ensemble ATCA を同時に相互接続します。 Platform Ensemble ATCA Platform は Serial RapidIO を 使 用 し た AdvancedTCA 向 図９ Ensemble ATCA プラットフォーム構成図 けのシステムプラットフォームです。 AMCs AMCs FPGA Backplane PowerPC Compute Node Node FPGA PowerPC Compute Node 4 4 Node FPGA PowerPC Compute Node Node FPGA Serial PowerPC Compute Node RapidIO Node Switch AMCs Fabric AMCs DSP Node I/O Module DSP Node 4 4 I/O Module Ensemble ATCA プラットフォーム外観 DSP Node I/O Module Control DSP Node I/O Module 1 GE Switch ２スロット、５スロット、14 スロッ 8 8 トの ATCA シャーシが準備されており、 Chassis 各シャーシに Serial RapidIO のキャリ Management 8 8 Shmm/IPMI http://www.mish.co.jp 7 ソ フトウェア WiMAX, LTE (3.9G), 4G 等の次世代の通信規格の登場 で無線信号の帯域が更に広帯域になり、ソフトウェア無 線で取り扱う信号も更なる広帯域化が求められている。 無線 ここでは、ソフトウェア無線の概要とソフトウェア無線 向けシステムプラットフォームを紹介します。 （Software Defi ned Radio） RF チューナで IF に変換され AD