工业标准Mezzanine模块

前言： 典型的CompactPCI 系统和VME系统的I/O扩展是通过使用各样规格的板卡来实现，如选用CompactPCI 或 VME类型的板卡来实现这一简单功能显得大材小用且得不偿失，简单的I/O功能需要一种更低成本和更小规格尺寸板卡的标准。这种对Mezzanine标准的需求被工业所认可，在2001年夏IEEE颁布了P1386和P1386.1标准。这些标准又进一步被PICMG和VITA提升来满足电信和高吞吐量的需求。尽管这些中介承载模块是针对CompactPCI和VME设计，但是它们可被用在任何规格板卡上，前提是提供标准的机械、电气、信号要求。本文将介绍PCI 中介承载板(PMC)以及PICMG和VITA对其的扩展。 PMC标准是两个IEEE标准的集合，IEEE P1386规范了通用中介承载板（CMC）的结构，IEEE P1386规范了通用中介承载板（CMC）的物理和外围层。P1386标准定义了规格尺寸，联接头和电气互联，P1386.1把PCI总线信号映像到P1386板卡上。CMC规范定义了两种模块尺寸：单（(74mm x 149mm)和双（149mm x 149mm），CMC上的前突起部分用来接通I/O，通过标为P1、P2、P3、P4的四个联接头与CMC互联。下图是一个单宽度CMC板。 Figure 1 Single Wide CMC 如上所述，针对中介承载板(mezzanine module)，CMC提供了一个结构和互联的标准。PMC规范把PCI信号映像到CMC定义的联接上。32位PCI总线需要2个64针联接头：P1和P2。64位PCI总线需要3个64针联接头：P1、P2和P3。余下的64针联接头P4用来把I/O信号引到后走线（RTM）。PCI规范允许3.3V信号或5V信号，PMC模块制造商被要求用键来指示要求的 V(I/O). PMC 用键表明为 3.3V, 5V 或 二者都可。PMC使用者需要确认载板上的V(I/O)与PMC模块上的V(I/O)相容。事实上用户通常在PMC模块与承载板之间的电压不能互相兼容的情况下，从PMC上取下了V(I/O)键，只是因为其挡道。 VITA标准化组织对PMC规范作了最初的改进，PMC规范依靠承载板(carrier)来进行PCI仲裁 (monarch)，而仲裁是由主PCI总线处理器定义的，总线处理器完成总线枚举和中断处理；PMC规范要求仲裁在承载板上，没有规定PMC模块可作仲裁。VITA-32 规范定义了PMC可作仲裁的所必需的信号。此规范为PMC家族中的新成员-处理器PMC打开了大门。除了用以支持仲裁模式的附加信号外，VITA-32同时也解决了对热量和组件高度的限制，而这种限制以前制约了设计者把处理器放在PMC模块之中。 最初的PMC规范支持33MHz和66MHz PCI总线操作。在2002年，VITA标准化组织认识到了增加对PCI-X总线操作支持的必要性。VITA-39规范在PMC P1中加入了PCIXCAP信号，此信号使得PMC同时支持66, 100 和133MHz PCI-X处理。VITA-39规范也包含了用以定义在不同操作频率下支持的最大PCI负载所需的仿真工作。这是非常重要的，因为大多是PMC承载板还有其它的板载PCI设备。在承载板上的设备和PMC间共享PCI总线会对总线操作产生一些难以预见的挑战。如果承载板的PCI总线段运行在PCI-X 133MHz，而PMC被安装在33MHz总线段上时总线段将运行于33MHz，需小心使用支持PCI-X的PMC承载板，确保识别出同共享PCI总线的任何其它设备间产生的冲突。在下面的例子中，在PMC和PCI-X桥之间共享100MHz PCI-X总线，当未安装PMC时，该总线将运行于PCI-X 100MHz.，而当安装了33MHz PCI PMC后，将运行于33MHz PCI，这就影响了bridge的吞吐量。 PCI总线接口虽然很好地满足了CompactPCI和VME市场，但其缺乏处理网络处理器所要求的数据包传输接口的能力。在2001年8月，PICMG颁布2.15 PCI Telecom Mezzanine Card(PTMC)规范。此规范在兼容现有的32 /64 位 PCI 总线的同时，被设计成支持4种流行的符合工业标准的电信总线接口（H.110, Utopia Level 2, POS-PHY, and RMII）。PICMG 在2002年底在又发布了PICMG 2.15工程变更通知，把以太能网能力加入到TDM和UTOPIA配置中，使得PTMC支持的接口配置数目由4个增加到7个。PICMG 2.15 带来的价值就是灵活性，也就是说易用性。PICMG 2.15委员会必须根据PMC 协议中提供的针脚来规划，这种局限性就要求明文规定特定的配置和针脚使用，同时也要求重新定义64位总线接口的高32位，也限制PTMC只能成为32位PCI总线接口。当使用PTMC时，必须确认PTMC和其承载板支持相同的配置。下表定义了一些PTMC高端配置。 PTMC 和其承载板的功能是由配置类型决定的。举例而言：一个PMTC和承载板支持配置5（2个以太网和32位PCI接口）被分别称为PT5MC和PT5CC。必须明确的是：用以提供后走线I/O的PMC I./O数目是受不同的配置类型所影响的，在选择PTMC类型同时需要考虑接口和后走线(Rear I/O)的要求。 结论： PCI Mezzanine Card 规范 IEEE 1386 给出了mezzanine模块的标准，依照这种标准可以独立于板子规格并增加I/O功能。这个标准最初使用PCI总线作为Mezzanine和其承载板之间的协议。VITA标准化组织而后进一步扩展协议，把PCI-X包含进来，以支持处理器PMC。PICMG也进一步扩展了协议，加入了数据包如Utopia和POS-PHY的传输。对IEEE 1386.1规范提高所提供的灵活性主要就是兼容性。PMC 模块的使用者需要明确其传输方式、V(I/O)、后走线（Rear I/O）互联，支持的总线仲裁与承载板兼容。尽管存在着这些挑战，PMC模块仍然提供了一种针对不同载板规格高性能价格比的实现I/O功能的方式。