VMEバスの原理と応用
VME (VersaModule Eurocard) バスは、Motorola の Versa バスの電気規格とヨーロッパで確立された Eurocard 標準の機械的フォーム ファクタを組み合わせた汎用コンピュータ バスであり、オープン アーキテクチャです。{0}これは、密接に結合されたハードウェア アーキテクチャでデータ処理、データ ストレージを相互接続し、周辺制御デバイスを接続するためのシステムを定義します。長年にわたり、VME システムは確立されたシステムに進化し、産業制御、軍事システム、航空宇宙、輸送、医療用途向けの製品が開発されてきました。{3}
VMEの特徴
VME のデータ転送メカニズムは非同期であり、複数のバス サイクル、16、24、32、40、または 64 ビットのアドレス幅、8、16、24、32、および 64 ビットのデータ ライン幅を備えており、システムはそれらを動的に選択できます。データ転送方式は非同期であるため、信号交換プロトコルのみに従い、システム クロックには依存しません。データ転送速度は 0 ～ 500 Mb/s です。さらに、非整列データ転送機能、エラー修正と自己診断、ユーザー定義の I/O ポートもあります。- 21 個のプラグイン スロットと複数のバックプレーンが装備されており、軍事用途の伝導冷却モジュールで使用できます。
VME アーキテクチャ
VME システムは 2 つの標準を組み合わせたものであるため、2 つの部分として見ることもできます。 1 つの部分は VMEbus システムのバックプレーン、フロント パネル、組み込みボードのサイズを決定する機械的アーキテクチャであり、もう 1 つの部分はシステムのフローを定義する機能的アーキテクチャです。
1. VME の機械的アーキテクチャ
VME の機械構造の主要部分は、プリント回路基板であるバックプレーンです。サイズは3U（160mm×100mm）、6U（160mm×233mm）、9U（367mm×400mm）の3種類があります。 VME64x 規格によれば、VME システムには P0/J0、P1/J1、P2/J2 の 3 種類のコネクタがあり、「P」と「J」はそれぞれ PLUG コネクタと JACK コネクタを表します。 P1/J1 コネクタと P2/J2 コネクタには 96 ピンがそれぞれ 32 ピンの 3 列に配置されていますが、P0/J0 コネクタには 95 ピンがあります。. 3U バックプレーンには P1/J1 または P2/J2 コネクタのみがあり、6U バックプレーンには J1 と J2 コネクタの両方があります。
2. VMEの機能構成
図 1 に示すように、VME の機能アーキテクチャは、信号線、バックプレーン インターフェイス ロジック、および機能モジュールで構成されると説明できます。バックプレーン インターフェイス ロジックのパフォーマンスは、信号線のインピーダンス、伝播時間、終端値など、バックプレーン上の多くの特性によって決まります。それと信号線は、システムのさまざまな部分の間のリンクです。一方、機能モジュールは、特定のタスクを実行する回路の集合です。このうちメインモジュールはマスターと呼ばれ、データ送信の順序を決定します。マスターのデータ送信に従って動作するモジュールをスレーブと呼び、データ送信先のアドレスを監視するモジュールを位置監視装置と呼びます。さらに、割り込み要求を発行して処理するモジュールや、他のモジュールからの要求を決定して処理する調停モジュールもあります。もちろん、クロック信号を発行するモジュールやシステムの電源の動作を監視するモジュールもあります。
VME の機能アーキテクチャ
これらのモジュールにはそれぞれ独自の役割分担がありますが、一緒に動作するにはバスのサポートが必要です。VME システムのバスは、データ転送バス、データ転送調停バス、優先割り込みバス、汎用バスの 4 つの主要カテゴリに分類されます。-
データ転送バスは、データとアドレス信号を転送できる高速非同期並列データ転送バスです。{0}マスターデバイス、スレーブデバイス、割り込みモジュール、割り込み処理モジュールは、それを介して 2 つずつデータを交換します。他の 2 つのモジュール、バス タイマーと JACK デイジー チェーン ドライバーも、データ転送バスを介してデータ処理に参加します。
データ転送アービトレーション バスは、特定の時点で 1 つのモジュールだけがデータ転送バスを占有するように設定されます。その上で動作するリクエストおよび調停モジュールは、モジュールによって発行されたコマンドのロードを調整します。調停モジュールはバックプレーンの最初のスロットにあり、どのマスター デバイスがバス リソースの使用を優先するかを決定します。具体的な決定方法には、優先順位アルゴリズム、ラウンドロビン アルゴリズム、その他の順序付けアルゴリズムが含まれます。{3}優先割り込みバスは、各モジュールの割り込み要求を処理するバスです。 VMEでは各種割り込み要求を7つのレベルに分類し、レベルのレベルに応じて信号線を遮断するように動作します。
最終バスは汎用バスです。いわゆる汎用バス-は、クロックの制御、初期化、エラー検出、その他のタスクなど、システムの基本タスクの一部を担当するバスです。これは、2 つのクロック ライン、システム リセット ライン、システム障害ライン、AC 障害ライン、およびシリアル データ ラインで構成されます。
モジュールは並列構造で分散され、すべてのデータとコマンドはシステムの基礎となるクラス 4 バスを介して送信され、信号のモードは TTL レベルのシグナリングです。
VME バス ファミリ
●VME64
周辺技術の発展に伴い、VMEシステムのバージョンアップは避けられませんでした。 1995 年に、新世代の VME バス アーキテクチャである VME64 が発売されました。従来の VME システムと比較して、VME64 は伝送帯域幅を増加させ、アドレス空間を拡張し、ボードの抜き差しを容易にします。 6U ボードのデータ ライン幅とアドレス範囲を 64 ビットに拡張し、3U ボードに 32- ビットおよび 40 ビットのアドレス モジュールを提供し、伝送帯域幅を 80Mb/s に増加し、バス ロック サイクルを増加し、最初のスロット検出機能を追加し、ホットプラグのサポートを追加しました。
●VME64拡張
VME64 拡張は 1997 年に採用された新しい標準であり、VME64x とも呼ばれます。 160 ピン コネクタ ファミリ (5 列に配置)、P1/J1 と P2/J2 間の P0/J0 コネクタ、および新しい 3.3 V 電源ピンが追加されます。システムの 2 つの新しいエッジ バス ループにより、データ レートが 160 Mb/s に増加します。さらに、EMC フロント パネルと ESD 機能が追加されました。
●VME320
おそらく VME320 の最大の改良点は、データ転送の高速化を目的としたスター型相互接続の使用です。これは、理論上のデータ レートを 320 Mb/s に高めるソース同期転送プロトコルである 2eSST と呼ばれるプロトコルを使用します。ただし、VME320 は広くサポートされていません。
VME から派生したプロトコルは他にも多数ありますが、ここでは説明しません。
VMEの動向
VME テクノロジーの現在の利点は、長年にわたる技術の蓄積、完全な仕様、およびほとんどの顧客の特定の要件を満たす強力な技術サポートにあります。さらに、そのモジュール性も非常に大きな利点です。多くの組み込みシステムでは I/O を追加するのが一般的であり、VME はこの機能に十分対応できるからです。 VME には 21 個の拡張スロットがあり、新しく追加されたモジュールはシステム全体のパフォーマンスに影響を与えません。
しかし、VME は 25 年前に誕生した技術であり、多くのユーザーは帯域幅の面で VME の進歩に満足していません。なぜなら、この大量データの時代では、帯域幅が圧倒的な指標となるからです。しかし、ベンダーは VME に対する信頼を失っておらず、VME の寿命を延ばすためにできる限りのことを行っています。 SBS が導入した VXS 規格と VITA (VME International Trade Association) が開発した VPX 規格は新しい試みです。 vXS はスイッチド ファブリックへの参照条件を作成し、VPX はスイッチド ファブリックの信号速度を 6.25 Gb/s に引き上げます。同時に、多くの VME バス バックプレーンが同様の方法で使用され始めています。多くの VMEbus バックプレーンは、PCI ボードの直接使用を可能にするために PMC (PCI メザニン カード) スロットを使用し始めました。メーカーは、VME ボードを業界の最新の状態に保つために、PCI カードの構成要素も取り入れました。
VME の功績はよく知られていますが、メーカーは今後 10 年間にわたって VME を活性化させるために懸命の努力を続ける必要があります。この非常に回復力の高いテクノロジーが静かに衰退することは、おそらくほとんどの人が望んでいることではありません。