GE VMIVME-7700 module de processeur VMEbus haute performance

GE VMIVME-7700 module de processeur VMEbus haute performance

I. Architecture centrale et processeur

Technologie du processeur

Architecture PowerPC : Le VMIVME-7700 est généralement basé sur des processeurs PowerPC (tels que PPC750, PPC7400 ou PPC7455), adoptant une architecture de calcul à ensemble d'instructions réduit (RISC), et caractérisé par un débit élevé et une faible consommation d'énergie.

Pipeline superscalaire : Le processeur prend en charge l'exécution parallèle de plusieurs instructions, capable de traiter plusieurs instructions par cycle d'horloge, améliorant considérablement l'efficacité de calcul.

Unité arithmétique à virgule flottante (FPU) : équipé d'une FPU haute performance, il prend en charge les opérations à virgule flottante simple/double précision et est adapté à des scénarios tels que le calcul scientifique et le traitement du signal.

2. Système de cache

Cache multi-niveaux : Il est généralement équipé de 32KB - 512KB de cache de niveau 1 (L1) et de 1MB - 2MB de cache de niveau 2 (L2) pour réduire la latence d'accès à la mémoire et accélérer le traitement des données.

Protocole de cohérence de cache : Il assure la cohérence des données entre les caches multi-niveaux par des mécanismes matériels pour éviter les conflits de données.

Ii. Gestion de la mémoire et du stockage

1. Configuration de la mémoire principale

Mémoire SDRAM/DDR : Prend en charge jusqu'à 1GB de mémoire dynamique aléatoire synchrone (SDRAM) ou de mémoire à double vitesse de données (DDR), répondant aux exigences de traitement de données à haute vitesse.

Contr?leur de mémoire : Le contr?leur de mémoire intégré optimise le moment d'accès à la mémoire et améliore la bande passante de transmission de données.

2. Interface de stockage

Interface IDE/ATA : L'interface IDE est fournie via le connecteur P2, prenant en charge des dispositifs de stockage tels que les disques durs et les lecteurs de CD-ROM, et est utilisée pour le stockage des systèmes d'exploitation et des applications.

Stockage Flash : Mémoire Flash intégrée de 8MB - 32MB (Flash) pour stocker le code de démarrage (tel que le BIOS ou le chargeur de démarrage).

Iii. Mécanisme de communication du bus VME

Protocole de bus et bande passante

Spécification VME64 : Conformément à la norme VITA 1, il prend en charge l'adressage et la transmission de données 32 bits / 64 bits, avec une bande passante maximale allant jusqu'à 40MB/s (32 bits) ou 80MB/s (64 bits).

Arbitrage de bus : Met en ?uvre un mécanisme d'arbitrage de priorité pour garantir que les taches à haute priorité (telles que le contr?le en temps réel) ont un accès prioritaire aux ressources du bus.

2. Gestion des interruptions

Contr?leur d'interruptions multi-niveaux : Prend en charge jusqu'à 7 niveaux de priorité d'interruption et peut être configuré en mode de déclenchement par front ou par niveau pour répondre aux exigences de réponse du système en temps réel.

Table des vecteurs d'interruption : Accélère le processus de traitement des interruptions en mappant les vecteurs d'interruption par des moyens matériels.

3. Transmission DMA

Accès direct à la mémoire : Prend en charge les contr?leurs DMA pour réaliser une transmission de données à haute vitesse entre les périphériques et la mémoire, réduisant la charge sur le CPU.

Iv. Connexion entre les interfaces d'E/S et les périphériques

1. Interface de communication standard

Port série (RS-232/422/485) : Il fournit plusieurs ports série asynchrones, prenant en charge différents débits et protocoles de communication, et est utilisé pour le contr?le des dispositifs ou l'acquisition de données.

Ethernet (10/100Mbps) : Contr?leur Ethernet intégré, prenant en charge le protocole TCP/IP, pour réaliser la communication réseau et la surveillance à distance.

Port parallèle : Prend en charge la norme IEEE-1284 et est utilisé pour la transmission de données à haute vitesse (tels que les imprimantes, les scanners).

2. Interfaces de fonction spéciale

Connecteur VME P2/P3 : L'interface d'extension est utilisée pour connecter d'autres modules VME (tels que les cartes d'E/S, les cartes de communication) pour améliorer les fonctionnalités du système.

Horloge et minuteur : Horloge temps réel intégrée (RTC) et minuteur programmable, fournissant une référence temporelle précise et des interruptions de minutage.

V. Système d'exploitation et support logiciel

Système d'exploitation en temps réel (RTOS)

VxWorks, Linux, etc. : Prend en charge les RTOS de niveau industriel principaux, fournissant des performances en temps réel rigides et des mécanismes de planification des taches, et répondant aux exigences de réponse au niveau de la milliseconde.

Programme pilote : Le fabricant fournit des pilotes de dispositif (tels que les pilotes de bus VME, les pilotes réseau) pour garantir une intégration transparente du matériel et du système d'exploitation.

2. Cha?ne d'outils de développement logiciel

Compilateur et débogueur : Prend en charge des cha?nes d'outils telles que GCC et Metrowerks, fournissant un environnement de compilation croisée pour faciliter le développement et le débogage à distance.

API et bibliothèques : Fournit des API standard (telles que POSIX) et des bibliothèques dédiées (telles que les bibliothèques de communication de bus VME) pour simplifier le développement d'applications.

Vi. Flux de travail et traitement des données

Démarrage du système

Après la mise sous tension, le processeur charge le chargeur de démarrage depuis la mémoire Flash et initialise la configuration matérielle (telle que la mémoire et l'horloge).

Charge le noyau du système d'exploitation en mémoire, termine l'initialisation du système et lance le programme d'application utilisateur.

Flux de traitement des données :

étape d'entrée : Les données sont collectées via les interfaces d'E/S (telles que les capteurs, le réseau) et stockées dans le tampon mémoire.

étape de traitement : Le CPU lit les données depuis la mémoire et effectue des opérations ou des traitements logiques (tels que le filtrage, le contr?le PID).

étape de sortie : Les résultats du traitement sont envoyés aux dispositifs externes (tels que les actionneurs, les afficheurs) via le bus VME ou l'interface d'E/S.

Mécanisme de réponse en temps réel

Lorsqu'un événement externe déclenche une interruption (telle que la disponibilité des données des capteurs), le CPU met en pause la tache actuelle et saute au programme de service d'interruption (ISR) pour traiter l'événement.

Après l'exécution de l'ISR, le CPU reprend la tache originale pour garantir les performances en temps réel du système.

Vii. Conception de fiabilité et de redondance

Caractéristiques de niveau industriel

Large plage de température de fonctionnement : Prend en charge une plage de température de fonctionnement de -40 °C à + 85°C, adapté à des environnements difficiles.

Résistance aux vibrations et aux chocs : Conception renforcée, répondant aux exigences des applications militaires ou automobiles.

2. Mécanisme de redondance

Prise en charge de la sauvegarde active : Il peut être configuré en tant que système de sauvegarde active à double machines, basculant automatiquement sur le module de sauvegarde en cas de défaillance du module principal.

Minuteur de veille : Minuteur de veille matériel intégré, surveille l'état de fonctionnement du système et réinitialise automatiquement en cas d'anomalie.

Résumé

Le VMIVME-7700 réalise le traitement de données en temps réel, la planification multi-taches et la fiabilité du système grace à un processeur PowerPC haute performance, une architecture de cache optimisée, une communication de bus VME haute vitesse et de riches interfaces d'E/S. Le c?ur de son principe de fonctionnement réside dans la combinaison organique de la puissance de calcul, de la gestion de la mémoire, de la communication de bus et du contr?le des périphériques, offrant une plateforme de traitement stable et efficace pour l'automatisation industrielle et les systèmes embarqués.