對(duì)于在基于背板的系統(tǒng)中需要高性能、多功能性和可靠性的應(yīng)用，開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算架構(gòu)的三個(gè)主要選擇是 OpenVPX、微型 TCA （MTCA） 和高級(jí) TCA （ATCA）。對(duì)于軍事和航空航天應(yīng)用，AdvancedTCA通常無(wú)法在尺寸，重量和功率（SWaP）上競(jìng)爭(zhēng)，除非其巨大的吞吐量至關(guān)重要。在剩下的兩個(gè)主要選項(xiàng)中，MicroTCA最近在VPX曾經(jīng)占主導(dǎo)地位的幾個(gè)新的軍事和航空航天應(yīng)用中被選擇為VPX，從機(jī)載和海軍設(shè)置到地面車輛安裝和固定雷達(dá)安裝。

MicroTCA 是一種商用現(xiàn)貨 （COTS） 可互操作的架構(gòu)，其堅(jiān)固耐用的規(guī)范已經(jīng)獲得批準(zhǔn)和可用。其成熟、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的架構(gòu)已經(jīng)取得了一些高性能的進(jìn)步，而供應(yīng)商基礎(chǔ)已經(jīng)穩(wěn)定下來(lái)并得到了改進(jìn)。此外，低價(jià)格現(xiàn)在是主承包商最關(guān)心的問(wèn)題。

關(guān)于我們

微TCA最初源于已經(jīng)存在了10多年的高級(jí)TCA。微型 TCA 高級(jí)夾層卡 （AMC） 是一種插入 ATCA 載體葉片的夾層方法。隨后，PICMG小組提出了一種解決方案，使這些AMC直接插入稱為MicroTCA的背板。最重要的是，該規(guī)范采用了高級(jí)TCA的貨架管理/智能平臺(tái)管理接口（IPMI）功能。

微TCA的主要特點(diǎn)是其模塊化和可擴(kuò)展性。開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)也是完全冗余的（這意味著架構(gòu)中不存在單點(diǎn)故障）。它擁有99.99999%的正常運(yùn)行時(shí)間，具有熱插拔模塊，并且可以處理每通道10 Gbps的高速串行（40 GbE處于草案規(guī)格中）。其時(shí)鐘分配具有冗余時(shí)鐘選項(xiàng)，而其真正開(kāi)放的COTS架構(gòu)適用于多個(gè)市場(chǎng)（軍事/航空航天，通信，物理等）。MicroTCA 架構(gòu)還提供商用和加固型版本。

比較虛擬像素

VPX 也是一種高速串行、模塊化、開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，在堅(jiān)固的外形中提供相當(dāng)大的靈活性和 I/O 引腳。但是，VPX 不具備 MicroTCA 固有的系統(tǒng)管理、電子按鍵、時(shí)鐘或固有的互操作性。MicroTCA 也更小，為 75 毫米 x 180 毫米，而 VPX 為 133.25 毫米 x 160 毫米，在 SWaP 的“S”和“W”部分具有優(yōu)勢(shì)（典型的卡間距相同）。

供應(yīng)商基礎(chǔ)

在撲克中，當(dāng)賭注變大時(shí)，弱手通常會(huì)折疊。在嵌入式行業(yè)中，不太認(rèn)真的供應(yīng)商在意識(shí)到他們無(wú)法繼續(xù)投資或支持產(chǎn)品線以保持競(jìng)爭(zhēng)力時(shí)，就會(huì)收拾行裝。當(dāng)MicroTCA首次出現(xiàn)時(shí)，數(shù)十家供應(yīng)商在沒(méi)有完全了解規(guī)范和成功所需的條件的情況下進(jìn)入市場(chǎng)。與此同時(shí)，該規(guī)范似乎被夸大了，承諾成為每個(gè)人的一切。結(jié)果是供應(yīng)商的泡沫，他們引入了太多不符合規(guī)范的產(chǎn)品。這個(gè)失誤在許多沮喪的顧客的嘴里留下了不好的味道。相比之下，開(kāi)發(fā)當(dāng)今MicroTCA產(chǎn)品的供應(yīng)商在架構(gòu)方面經(jīng)驗(yàn)豐富，能夠提供可互操作產(chǎn)品的高質(zhì)量生態(tài)系統(tǒng)。多年來(lái)，已經(jīng)舉辦了數(shù)十個(gè)互操作性研討會(huì)，以確保各種供應(yīng)商的產(chǎn)品能夠很好地協(xié)同工作。

微斷層掃描2和微斷續(xù)器.3

微TCA多年來(lái)一直用于良性環(huán)境軍事應(yīng)用。2011 年，推出了 MicroTCA.3，為標(biāo)準(zhǔn) AMC 提供了硬化傳導(dǎo)冷卻選項(xiàng)。堅(jiān)固的翻蓋層為連接器提供了穩(wěn)定性。MicroTCA.3已經(jīng)在同一實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了與VPX相同的測(cè)試 - 事實(shí)上，它在某些領(lǐng)域進(jìn)行了額外的測(cè)試。表 1 顯示了一些測(cè)試的圖表。

表 1：在同一實(shí)驗(yàn)室中，MTCA 連接器通過(guò)了與 VPX 連接器相同的沖擊/振動(dòng)測(cè)試（在某些情況下更廣泛）。

2013年初批準(zhǔn)的MicroTCA.2標(biāo)準(zhǔn)與MicroTCA.3相似，只是它具有用于混合傳導(dǎo)/對(duì)流方法的空氣通道。MicroTCA的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，很容易將標(biāo)準(zhǔn)AMC模塊加固為帶有翻蓋的硬化版本。MTCA.2/.3 設(shè)計(jì)還提供了 2 級(jí)維護(hù)功能，提供至少與 VPX 相同級(jí)別的 ESD 保護(hù)。

價(jià)格現(xiàn)在是一個(gè)關(guān)鍵因素

封存和預(yù)算削減改變了軍事和航空航天嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)選擇方程式。價(jià)格曾經(jīng)是許多應(yīng)用的次要問(wèn)題。然而，今天，具有可比性能水平的價(jià)格可以將設(shè)計(jì)決策推向最高水平。從硬件角度來(lái)看，MicroTCA 系統(tǒng)的成本（大約）是同類 VPX 系統(tǒng)的一半。

真正的 COTS 可互操作架構(gòu)

MicroTCA 是一種真正的 COTS 架構(gòu)，用于從軍事和航空航天到通信、測(cè)試和測(cè)量以及高能物理等應(yīng)用。VPX基本上可以稱為MOTS（軍用現(xiàn)成），主要服務(wù)于一個(gè)市場(chǎng)。COTS架構(gòu)有幾個(gè)好處，包括規(guī)模經(jīng)濟(jì)，更通用的產(chǎn)品供應(yīng)，以及通信和物理界推動(dòng)的性能前沿地位。

由于許多模塊和基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品可以在多個(gè)市場(chǎng)使用，因此可以批量銷售到另一個(gè)市場(chǎng)的同一物品可以以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格少量出售給軍事市場(chǎng)。例如，可以調(diào)整用于物理應(yīng)用的多通道高速A/D轉(zhuǎn)換器，以用于軍事/航空航天傳感器或雷達(dá)/聲納應(yīng)用。

縱觀 VPX 的歷史，人們一直對(duì)規(guī)范存在互操作性問(wèn)題感到沮喪。當(dāng)VPX開(kāi)始時(shí)（主要是一個(gè)供應(yīng)商的概念，后來(lái)擴(kuò)展到更廣泛的VITA社區(qū)），它有一個(gè)非常開(kāi)放的引腳排列結(jié)構(gòu)。如果設(shè)計(jì)人員只與一個(gè)供應(yīng)商打交道，這種情況很好，因?yàn)閱蝹€(gè)供應(yīng)商將確保其電路板和背板都是可互操作的。然而，隨著用途的擴(kuò)大，沒(méi)過(guò)多久，一個(gè)供應(yīng)商的主板就無(wú)法與其他供應(yīng)商的電路板配合使用。作為回應(yīng)，OpenVPX被創(chuàng)建來(lái)定義可互操作的引腳排列配置;這種設(shè)置的問(wèn)題在于它是在事后完成的。一個(gè)供應(yīng)商提出了一個(gè)配置，并對(duì)委員會(huì)說(shuō)：“這就是你如何與這個(gè)董事會(huì)互操作。然后，另一家供應(yīng)商必須愿意設(shè)計(jì)一個(gè)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手合作的引腳排列的電路板。已經(jīng)出現(xiàn)了一些“標(biāo)準(zhǔn)”的引腳排列類型，但OpenVPX遠(yuǎn)非一個(gè)真正開(kāi)放的可互操作生態(tài)系統(tǒng)。

借助 MicroTCA，在規(guī)范形成時(shí)預(yù)先實(shí)施了引腳排列定義和規(guī)則，以便供應(yīng)商設(shè)計(jì)的完整生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同工作。此外，MicroTCA還定期舉辦互操作性研討會(huì)，以確保下一代產(chǎn)品與其他產(chǎn)品配合使用。盡管規(guī)范很明確，但在處理系統(tǒng)管理功能和高速時(shí)，這種努力仍然是有益和謹(jǐn)慎的。

技術(shù)進(jìn)步勢(shì)頭強(qiáng)勁

MicroTCA架構(gòu)也是許多通信和高能物理應(yīng)用的關(guān)鍵架構(gòu)，這意味著對(duì)尖端設(shè)計(jì)的推動(dòng)正在進(jìn)行中。例如，目前市場(chǎng)上有針對(duì) 40 GbE 的解決方案（規(guī)范處于草案中）。業(yè)界首款 100 G 線卡（通過(guò)前面板）采用 MicroTCA 外形尺寸。德州儀器 （TI） 還使用微型 TCA 作為其 EVMK2Hx 參考設(shè)計(jì)卡的架構(gòu)。

該建筑在軍事和航空航天項(xiàng)目中也取得了許多設(shè)計(jì)勝利。特別是一個(gè)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，一個(gè)主要的軍事承包商選擇MicroTCA作為船上系統(tǒng)來(lái)處理來(lái)自拖曳陣列或船上其他傳感器的聲納數(shù)據(jù)的信號(hào)處理。偉達(dá)易達(dá)科技開(kāi)發(fā)了一種1U解決方案，用于在隔離式機(jī)架中抗振和抗沖擊。該應(yīng)用使用定制的 FPGA 進(jìn)行波束成形。

我們還看到MicroTCA被選為歐洲一個(gè)主要的雷達(dá)平臺(tái)項(xiàng)目;在許多平臺(tái)上使用MTCA的主承包商，以及計(jì)劃中的幾個(gè)平臺(tái)，包括強(qiáng)化版本;一家主承包商宣布在堅(jiān)固耐用的車輛平臺(tái)上選擇MTCA而不是VPX;微型TCA正在由國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在衛(wèi)星系統(tǒng)中選擇;美國(guó)宇航局將其選用于SGSS項(xiàng)目中的地面終端;美國(guó)軍方將其用于直升機(jī)雷達(dá)應(yīng)用。

許多最先進(jìn)的數(shù)字化儀/轉(zhuǎn)換器、處理解決方案、GPGPU 和存儲(chǔ)都在 MicroTCA 中提供。圖 2 顯示了一個(gè)采用 IEEE1588/同步/GPS 的 40 G MCH，用于精確計(jì)時(shí)。

圖 2：40 G MCH 提供 GPS/IEEE1588/SyncE 以實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)和時(shí)間戳，這是許多雷達(dá)和目標(biāo)采集應(yīng)用中的一項(xiàng)突出功能。

尋求高性能開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)MicroTCA是一個(gè)有吸引力的解決方案。在 SWaP-C、更低的成本、更高的可靠性、尖端的設(shè)計(jì)和多功能的 COTS 生態(tài)系統(tǒng)方面，軍事和航空航天設(shè)計(jì)人員越來(lái)越多地從 VPX 轉(zhuǎn)向 MicroTCA。

審核編輯：郭婷