Технология проектирования микропроцессорных модулей

Технология проектирования микропроцессорных вычислительных модулей, различных по составу и конструктивному исполнению, на базе разработанных БИС микропроцессоров (контроллеров) предполагает:

• создание принципиальной электрической схемы;
• выбор и размещение элементов на многослойной печатной плате;
• трассировку связей с использованием современных САПР и осуществление (в случае необходимости) электрофизического моделирования.

Технология наладки изготовленных прототипов вычислительных устройств и систем основана на современных методах поиска и анализа причин возможных неисправностей.

Номенклатура разрабатываемых устройств очень обширна: от модулей для переносных компьютеров и "тонких клиентов" до многопроцессорных и многомашинных вычислительных модулей, предназначенных для построения серверов и суперЭВМ.

Ниже приведены некоторые образцы микропроцессорных вычислительных модулей, разработанных совместно с ЗАО "МЦСТ".

Вычислительный модуль в конструктиве ЕТХ

Первоначальная версия спецификации ETX (Embedded Technology eXtended) была представлена фирмой Kontron в январе 2000 года как открытый стандарт, отражающий потребности встраиваемых индустриальных приложений.

Этот стандарт был направлен на создание систем "компьютер на модуле" СОМ (computer-on-module). Такая система строится на базе модуля, который является законченным компьютером, но без набора стандартных соединителей, используемых в компьютерах IBM PC для подключения периферии, включая диски, монитор, клавиатуру, пользовательские PCI-слоты и другие элементы компьютера.

Для того чтобы сделать такое подключение, требуется несущая плата, в которую устанавливается ETX-модуль и подключается необходимая периферия.

Основные характеристики и преимущества ETX-модуля:

• компактность: размер модуля 95 мм х 114 мм;
• наличие в модуле оперативной памяти и набора внешних интерфейсов для построения персонального компьютера:
  • графический;
  • последовательные;
  • параллельный;
  • USB;
  • IDE;
  • Audio;
  • PCI и другие;
• унифицированные, надежные соединители со стандартизованной разводкой сигналов и с возможностью добавления новых интерфейсов;
• невысокая стоимость.

Технические характеристики модуля, разработанного на базе микропроцессора МЦСТ-R500:

• производительность 500MIPS/200MFLOPS, тактовая частота 500МГц, ОЗУ 512 МБ;
• видеопамять 8 МБ;
• встроенная Compact Flash 2 ГБ;
• внешние интерфейсы: 4 COM port RS-232, COM port RS-422/485, Ethernet 10/100 BaseТ, SVGA, USB 2.0, I2C,Audio;
• потребляемая мощность - 5 Вт
• программное обеспечение:
• МСВС 3.0, Linux, SOLARIS (в т.ч. с поддержкой работы в реальном масштабе времени).

Вычислительные модули CompactPCI 6U и 3U

Многопроцессорный, многомашинный вычислительный модуль CompactPCI 6U построен на базе микропроцессора МЦСТ-R500S. Каждая микросхема R-500S содержит 2 процессора с общим кэшем второго уровня, контроллер памяти DDR SDRAM и набор периферийных контроллеров для доступа к внутренним и внешним устройствам ЭВМ и каналам связи. Кроме того, микросхема R-500S содержит контроллер двух дуплексных каналов удаленного доступа RDMA, позволяющих проектировать системы из нескольких микросхем R-500S.

В вычислительном модуле такая система содержит до 4 микросхем R-500S, соединенных в кольцо с помощью каналов удаленного доступа.

Принятая конфигурация процессорного модуля представляет собой в предельной комплектации 4-х машинный комплекс, где каждая машина содержит микросхему R-500S, оперативную память и постоянную память для начальной загрузки.

Каждая микросхема R-500S имеет доступ только в свой блок оперативной памяти, а взаимодействие с другими микросхемами R-500S осуществляется через каналы удаленного доступа. В качестве базового управляющего канала используется локальная сеть Ethernet, образованная соединением встроенных в микросхему контроллеров Ethernet. Для обеспечения ввода-вывода модуля используются периферийные контроллеры только одной микросхемы R-500S.

Синхронизация параллельной работы 4-х машин и обмен данными между ними осуществляется через высокопроизводительные каналы удаленного доступа RDMA и локальную сеть Ethernet.

В модуль может устанавливаться дополнительный PMC-мезонин, в частности графическая карта (изображена на фотографии).

Вычислительный модуль CompactPCI 3U может использоваться для построения малогабаритной аппаратуры индустриального класса для встроенных применений и содержит большое количество современных интерфейсов ввода-вывода: GEthernet, PCI, IDE, SATA, USB 2.0, RS-232/422/485.

Технология проектирования вычислительных комплексов и систем

Технология проектирования вычислительных комплексов и систем включает в себя научно обоснованный выбор требуемого состава и характеристик, разработку конструкции, подсистем питания и охлаждения вычислительных комплексов, обеспечение, по требованиям заказчика, работы комплексов в жестких условиях эксплуатации.

Многопроцессорные вычислительные комплексы могут объединяться в большие многомашинные системы с организацией дублирования и резервирования входящих в систему элементов для обеспечения высоких показателей надежности.

Ниже приведены примеры вычислительных комплексов, разработанных совместно с ЗАО "МЦСТ".

Вычислительный комплекс "Эльбрус-3М1"

Вычислительный комплекс "Эльбрус-3М1" является наиболее мощной универсальной отечественной ЭВМ, соответствующей современному мировому уровню.

Входящий в его состав набор специальных и стандартных интерфейсов позволяет пользователю комплексировать вычислительные системы различной производительности, функциональности и надежности.

Для подключения внешних устройств и высокоскоростного обмена с комплексами аналогичного или другого типа "Эльбрус-3М1" поддерживает работу следующих периферийных шин и каналов:

• PCI
• RDMA
• IDE
• FLOPPY
• клавиатура, мышь
• USB 1.1
• iEEE-1284
• RS-232 PS/2

Оригинальная архитектура широкого командного слова, поддержанная оптимизирующим компилятором, позволяет создавать рекордно высокий параллелизм на уровне выполнения команд. Кроме того, обеспечивается отличное для универсальных микропроцессоров соотношение производительности к мощности (0,5 гфлп на 1вт).

Аппаратно поддерживаются защищенные вычисления и объектно-ориентированное программирование, что позволяет использовать вычислительный комплекс в масштабных проектах с участием больших коллективов разработчиков, обеспечивая сжатые сроки создания надежного программного обеспечения.

Аппаратно-программными средствами обеспечивается эффективная программная совместимость с наиболее распространенной платформой Intel х86. Это позволяет выполнять произвольные коды для архитектуры Intel, включая коды операционной системы, оставаясь лицензионно независимым от фирмы Intel.

Двухпроцессорный "Эльбрус-3М1" имеет производительность свыше 11 млрд.оп./с на полноразрядных и 25-45 млрд.оп/сек в малоформатных вычислениях при объеме оперативной памяти до 16 Гбайт.

При тактовой частоте 300 МГц вычислительный комплекс "Эльбрус-3М1" на различных задачах превосходит компьютер на базе микропроцессора Pentium с тактовой частотой свыше 2 ГГц.

• "Эльбрус-3М1" выполнен в двух вариантах конструктивного исполнения:
• серверный (в том числе, для использования в качестве настольного);
• в исполнении cPCI.

Комплекс в исполнении cPCI занимает два модуля формата "Евромеханика" 6U.

Вычислительный комплекс "Эльбрус-90-микро"

Вычислительный комплекс "Эльбрус-90 микро" спроектирован, в первую очередь, для оснащения систем вооружения и военной техники. В настоящее время для нужд МО РФ разработано более 70 вариантов исполнения и изготовлены сотни образцов для оснащения систем С-300 и С-400 объектов и систем ВМФ, ракетно-космической обороны, систем разведки, АСУ и др. Более 40 предприятий используют "Эльбрус-90микро" в опытно-конструкторских работах, выполняемых по государственному оборонному заказу.

Вычислительный комплекс "Эльбрус-90микро" производится в различных модификациях. На фотографиях изображены некоторые из них:

• перебазируемый комплекс в индустриальном конструктиве "Евромеханика" CompactPCI;
• настольный комплекс в конструктиве ATX IBM PC;
• ноутбук;
• планшет.

Вычислительный комплекс "Эльбрус-90 микро" является высокопроизводительной вычислительной системой, разработанной для функционирования в среде ОС UNIX, обеспечивающей многопользовательский, многозадачный режим вычислений в реальном времени. Кроме того, некоторые модификации предназначены для построения мобильных систем, эксплуатируемых в широком диапазоне климатических и механических воздействий.