poslední úprava těchto stránek
5.listopad 2018


VME systémy



Úvodem: VME má jednu výhodu oproti jiným sběrnicím: totiž je velmi přesně specifikovaná a neexistují odchylky a úchylky jako u jiných sběrnic. Výhodou je, že deska VME jakéhokoliv výrobce bude pracovat v kterémkoliv VME systému a spolupracovat s jinými VME deskami. To se o jiných sběrnicích a systémech říct nedá.

VME desky se instalují do skříní buďto 3U, pak ty desky mají rozměr 160 x 100 mm a skříň má jen jednu sběrnici označovanou J1. Nebo jsou desky dvojnásobného formátu (6U). Desky formátu 6U mají obvykle dva konektory. Horní konektor J1 a spodní konektor J2. Jsou však desky 6U pouze s konektorem J1. Na konektoru J2 jsou pomocné signály.


Obr.1 formáty desek VME systémů

Nejobvyklejší je "size B". Desky "size A" lze zasunout do skříní 6U. Desky "size C" jsou spíše u systémů s VXI sběrnicí (VXI vznikla z VME).

Backplane jsou buďto jen J1 pro 3U s různým počtem pozic (konektorů), nebo J2 pro 3U, také s různým počtem konektorů, anebo kombinované J1 & J2 pro skříně 6U. Obecně lze ale do skříní 6U montovat i samostatné, oddělené backplane pro J1 a J2, přitom backplany J1 a J2 ani nemusí mít stejný počet pozic. Podstatná je J1, kdežto J2 je pomocná.

VME skříně

Rozhodnete-li se udělat si vlastní VME systém, pak v prvé řadě potřebujete šasi, skříň pro VME ideálně velikosti 6U (protože do 6U lze zastrčit i desky 3U). Při shánění skříně VME je dobré dívat se kdo je výrobcem (pokud skříň není již s backplane a zdrojem). Problém je v tom, že sice VME backplany jsou normalizované, ale liší se výrobce od výrobce montážními otvory ke skříni. V důsledku toho tak backplane jednoho výrobce nepasuje do skříně jiného výrobce. ¨ V nouzi však lze skříně upravit (vyvrtat potřebné otvory a závity).

Skříně mohou mít různou konfiguraci. Obrázek 2 ukazuje skříň 6U s dvěmi backplany J2 (dole). Sběrnice J2 má totiž signály zčásti uživatelsky definované a tak pokud chcete použivat desky u kterých by mohl vzniknout konflikt právě na těchto uživatelsky definovaných signálech, je potřeba sběrnici J2 rozdělit na sekce.


Obr.2 VME skříň 6U

Obrázek 3 ukazuje pohled na skříň zezadu. Na fotografii je vidět, že dolní sběrnice (J2) mají zezadu také konektory. Obrázek 4 ukazuje detailní pohled na zadní konektor J2 sběrnice.


Obr.3 VME skříň 6U zazadu


Obr.4 detailní pohled na transitions konektor

Těmto konektorům umístěným vzadu na J2 se říká transitions connectors a slouží pro připojení tzv. transitions modulů. Transitions moduly jsou adaptéry, které umožňují přechod z VME na jiné sběrnice, jiné systémy. Prapůvodní, historické transitions moduly umožňovaly jen propojení dvou VME sběrnic nebo připojení SCSI sběrnice. Dnešní transitions moduly jsou již celé I/O adaptéry.

Obrázek 5 ukazuje univerzální transitions adaptér. Zasouvá se do 6U skříně zezadu. Konektor vlevo dole je pro J2 transitions konektor na VME sběrnici. Nad ním, krátký konektor je pro J0 transitions konektor. Moderní VME sběrnice, označované jako VME64, totiž mají ještě krátký J0 konektor, umístěný mezi J1 a J2. Dva konektory vpravo jsou vstup/výstup z rozšiřující desky. Této univerzální desce se říká v hantýrce "štafličky". Lze ji použít k testování VME systému, anebo vývoji VME transitions adaptérů.


Obr.5 univerzální VME transitions adaptér

Obrázky 6 a 7 ukazují skříň Notorola z roku 1982. Skříň má 4 sekce. Dvě sekce vlevo, umístěné pod sebou, jsou 3U. Obě mají J2 backplany každý pro 5 desek. Uprostřed je 6U sekce pro 8 desek s backplane J1 nahoře a jedním J2 konektorem dole. Backplane J1 má zezadu jeden transition konektor. Poslední sekce skříně je vpravo - napájecí zdroj.


Obr.6 VME skříň Motorola z roku 1982


Obr.7 VME skříň Motorola - pohled zezadu

Nemusíte však mít skřň jen koupenou, "značkovou", můžete si skříň vyrobit sami. Následující dva obrázky ukazují je "samodomo" vyrobenou VME skříň. Skříň má standardní šířku 19", ale má backplane umístěný vodorovně a tak i desky se zasouvají vodorovně. Vpravo ve skříni má být zdroj.


Obr.8 amatérsky vyrobené VME skříň

Pohled zezadu - backplane jsou samozřejmě koupené. Backplane vpravo je J1, od něj vlevo (uprostřed skříně) je backplane J2.


Obr.9 amatérsky vyrobené VME skříň

Backplanes

Backplany, pokud je nezískáte se skříní, budete muset volit podle skříně kterou máte. Do skříně 6U lze montovat jak kombinované backplany J1 & J2 , tak samostatné J1 a J2. Potíž je v tom, že samostatný backplane J2 se obtížně shání. Backplane J1 není identický s J2 ! Do skříně 6U můžete namontovat také pouze backplane J1 a místo J2 dát pouze konektor na který přivedete potřebná napájení. Pokud máte skříň pouze 3U, pak potřebujete pouze backplane J1.

Rozložení signálů na sběrnici J1 a na sběrnici J2

Zkratovávací spojky na VME backplanech

Ve skříni VME se jednotlivé sloty (prostory pro zasunutí desky) počítají zleva směrem vpravo. VME Backplane J1 má na každém slotu s vyjímkou 1.slotu vždy 5 jumperů (zkratovávacích spojek). Ty mohou být umístěny zazadu backplanu, nebo zpředu, anebo z obou stran. /b>


Obr.10 jumpery na backplanu

Těchto pět jumperů slouží pro propojení linek pro přenos potvrzení přerušení (interrupt acknowledge) a "bus grant" daisy-chain signálů od jednoho slotu k dalšímu. Všech pět jumperů musí být osazeno, pokud je slot prázdný a pokud ve skříni směrem vpravo se nachází deska.

Například, ve slotech 1, 5 a 7 jsou instalovány desky, pak musí být osazeny jumpery ve slotech 2, 3, 4 a 6.

Některé moderní backplany nemají jumpery, protože detekují zasunutou desku. Není-li deska zasunuta, provedou spojení signálů na následující slot automaticky.

VME desky

Desky VME systému (bez ohledu na velikost 3U/6U) jsou trojího druhu, přesněji řečeno pracují v některém z těchto tří režimů:

  • system controller
  • bus master
  • bus slave
  • Většinu VME desek lze nastavovat pomocí hardwarových jumperů (zkratovávacích spojek) nebo DIP spínačů. Pro vysvětlení, jak se desky navzájem liší vhledem k VME sběrnici, je potřeba nejdříve si trochu popsat VME sběrnici. Signály VME sběrice rozdělit do 4 kategorií:

  • Data transfer Bus
  • Priority Interrupt Bus
  • Data Transfer Arbitration Bus
  • Utility Bus
  • Avšak některé VME signály spadají do více kategorií. Například signál /BERR spadá jak do Utility Bus, tak do Data Transfer Bus. Symbol "lomítka" před názvem signálu znamená, že signál je aktivní v logické nule. Signály pracují v logice TTL.

    Data Transfer Bus

    signály Data Transfer Bus jsou datové signály (D00 až D31), adresové signály (A01 až A31, AM0 až AM5, /I.WORD, /DS0 a /DS1) a řídící signály (/AS, /WRITE, /DTACK, /BERR, /RETRY, /DS0 a /DS1). Některé signály této kategorie jsou používány pro více účelů.

    Adresové signály jsou nastavovány deskou Bus Master a přijímány deskou Bus Slave. Signál /AS udává, že adresa je platná. Data se posílají po datových signálech D00 až D31, přičemž velikost dat (8 nebo 16 nebo 32 bitů) určuje stav na signálech /I.WORD, /DS0 a /DS1. Směr dat pak určuje signál /WRITE.

    Ukončení přenosu dat je indikováno signálem /DTACK (přenos byl úspěšný), /BERR (Bus Error), případně /RETRY, což je signál u systémů VME64 (mající konektor J0).

    Na signály Data Transfer Bus mají přístup desky všech druhů (system controller, bus master i bus slave).

    Priority Interrupt Bus

    Signály této kategorie jsou požadavky na přerušení (/IRQ7 až /IRQ0), signál /IACK a dvojice signálů /IACKIN a /IACKOUT. Všechny tyto signály souvisí s přerušením. Na signály této kategorie mají přístup desky všech tři druhů (system controller, bus master a bus slave).

    Data Transfer Arbitration Bus

    Na signály této kategorie jsou připojeny pouze desky nastavené do režimu Bus Master a System Controller. Deska v režimu Bus Master využívá tyto signály pro vyslání požadavku na desku v režimu System Controller, aby mohl použít sběrnici. Na desce System Controller je obvod nazývaný Bus Arbiter, který rozhoduje o tom, která deska v režimu Bus Master použije sběrnici.

    Utility Bus

    Na signály Utility Bus má přístup pouze deska v režimu System Controller. Signály této kategorie jsou monitorovací signály VME sběrnice: /SYSRESET, /BERR, /SYSFAIL, /ACFAIL.
    Signál /SYSRESET resetuje celý VME systém.
    Signál /BERR způsobí ukončení cyklu na VME sběrnici.
    Signál /SYSFAIL je pomocný signál používaný pro diagnostiku VME sběrnice.
    Signál /ACFail je aktivní, jestliže dojde k výpadku napájení (střídavé napětí do napájecího zdroje).

    VME desky mohou obecně být s libovolným CPU nebo i bez CPU. Není problém pro VME udělat desku s CPU 8080 nebo 8085, stejně tak s Z80 nebo s Intel 8086, 80286, 386, 486 atd. První VME desky byly s Motorola 68000 (VME vznikl z iniciativy Motorola v roce 1980).


    Obr.11 VME procesorová deska Motorola MVME-162

    Protože dříve neexistovaly hradlová pole, používaly se pro napojení na VME sběrnici PLD a klasické obvody TTL. Později se začaly vyrábět specielní obvody pro připojení k VME. Obrázek 3 ukazuje příklad VME desky formátu 3U od National Instruments, typ NI-1014P, z roku 1990. Deska nemá vlastní procesor, pouze obvod µPD7210 a vytváří interface pro GPIB. Připojení k VME sběrnici je řešeno pomocí TTL obvodů. Deska je určena do Ji skříní 3U i 6U.


    Obr.12 VME deska rozhraní GPIB National Instruments

    VME procesorová deska s Intel Pentium MMX 233 MHz (výrobek Xycom).

    VME napájecí zdroje

    Zdroj pro napájení VME systému není radno podceňovat. VME zdroj má +5V, +12V, -12V. Výkon 500 Watt absolutní minimum pro miniaturní VME systém. Zdroje VME jsou spínané zdroje, kde +5V dá třeba 20-30A i více. Zdroj by měl zajišťovat současné připojení nebo odpojení všech větví (+5V, +12v, -12V) při výpadku jedné větve a dále měl by mít signál /ACFail, indikující výpadek síťového napájení.

    Zdroj lze získat buďto současně se skříní, nebo samostatný pro všechna tři napětí, anebo jej zkompletovat například ze zdroje +5V a zdroje ±12V.

    Adresování a adresový prostor VME

    VME bus je z hlediska paměti dělen na adresový prostor A16, A24, A32 a A64. Jestliže se vytváří program, musí se znát který ze čtyř adresových prostorů se použije: A16, A24, A32 nebo A64. Specifikace VME sběrnice definuje čtyři typy adresových prostorů:

  • Long (A64)
  • Extended (A32)
  • Standard (A24)
  • Short (A16)
  • Prostor Long při adresování multiplexuje datovou a adresovou sběrnici, čímž získá adresové bity A32-A63. Extended používá adresové bity A01-A31. Standard používá adresové bity A01-A23 a bity A24-A31 jsou nepoužité. Short používá adresové bity A01-A15 a bity A16-A31 jsou nepoužité. VME bus nemá bit A00!

    Adresové prostory jsou na sobě navzájem nezávislé a lze na ně pohlížet jako na logicky oddělené adresové sběrnice. Přenos dat je řízen signály /DS0, /DS1 a /LWORD. Adresové bity A01-A03 jsou použity také pro Interrupt ACKnowledge cykly (IACK cykly).

    Následující obrázek ukazuje přehled adresových prostorů. Takzvaný "modifier" (signály AM0 až AM5) v hex-kódu určuje typ adresového prostoru.


    Obr.13 VME adresové prostory

    Deska v režimu Bus Master musí vyslat modifier kód na signály AM0-AM5 současně s adresou na adresovou sběrnici. Desky v režimu Slave bývají většinou navržené tak, že mohou reagovat, odpovídat na různé modifier kódy.

    Následující tabulka ukazuje přehled všech povolených modifier kódů a jejich význam:


    Obr.14 VME modifier kódy

    VME rozhraní

    V katalogu firmy Motorola z roku 1984, o VME systémech (522 stran) lze najít příklad zapojení CPU 68020 k VME sběrnici:


    Obr.15 připojení procesoru M68020 k VME sběrnici

    Je to nejjednodušší možné zapojení. Postupem doby začaly různé firmy vyrábět různé obvody pro připojení k VME sběrnici. Jeden z nejznámějších byl obvod VIC068A od Cypress. Cypress vyráběl obvody V7C960 a V7C961 a V7C964 pro snadné připojení k VME sběrnici. Následující obrázek ukazuje zapojení s obvodem V7C960 pro desku bus slave


    Obr.16 VME rozhraní s obvodem Cypress V7C960

    Tento obvod vyrábí také Force, ale s tím rozdílem, že obvod Force nepodporuje řídící signály DRAM a pro konfigurační PROMku poskytuje pouze master seriový režim.

    Zbývajících pět obvodů ve schematu jsou klasické budiče sběrnice v provedení 74F a v plochých smd pouzdrech, aby je bylo možno umístit na spodní stranu desky.

    Pokud chcete mít na desce také DRAM paměť, je dobré použít obvody 7C964. Následující obrázek ukazuje připojení kompletní desky k VME (J1 a J2):


    Obr.17 VME rozhraní s obvodem Cypress V7C960 a čtyřmi obvody V7C964 pro řízení DRAM

    Obvody V7C960 a V7C961 se liší v tom, že obvod 7C960 je pro slave režim a nemá přístup na Arbitration sběrnici, zatímco obvod V7CV961 je určen pro desky v režimu master a má přístup na Arbitration sběrnici.


    Obr.18 VME rozhraní s obvodem Cypress V7C960 pro desky bus slave


    Obr.19 VME rozhraní s obvodem Cypress V7C961 pro desky bus master

    Oba obrázky (obr. 18 a 19) ukazují zapojení pro 3U desky. Přitom je úplně lhostejné, zda na desce 3U bude 8-bitový nebo 16-bitový procesor. Z praktického hlediska (fyzické rozměry desky, výrobní náklady ve srovnání na počet součástek ...) je rozměr 3U nevhodný, protože poskytuje málo místa pro uživatelské obvody, zatímco obvody 7C960 a 7C961 jsou navrženy pro obsluhu 6U desky se sběrnicemi J1 i J2. Tedy, při volbě formátu 3U budou obvody 7C960 a 7C961 nevyužité.