3
MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com 22 S olutions MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com 23 INFORMATIQUE INDUSTRIELLE Systèmes sur cartes : les architectures commutées deviennent enfin une réalité Les formats VME et CompactPCI peuvent parfois faire figure d’anciennes techno- logies. Mais ces systèmes sur cartes à base de bus parallèle ont su s’adapter au fil des ans : ils ont adopté hier les liaisons série, et proposent aujourd’hui des architec- tures commutées. Ces dernières autorisent des communications à haut débit et une utilisation simultanée du réseau par plusieurs cartes. Le format VPX, qui vise avant tout les applications militaires, ainsi que le MicroTCA, adapté à l’industrie au sens large, ont ainsi vu le jour. Quelques années après leur lancement, les premières applications commutées deviennent enfin une réalité… même si les autres formats de cartes n’ont pas dit leur dernier mot. L a définition des premiers standards de systèmes sur cartes, au début des années 80, a offert une alter- native intéressante aux développe- ments de solutions propriétaires. Si une ap- plication n’a pas des besoins trop spécifiques, l’industriel choisit le format qui lui convient, puis conçoit (ou fait concevoir) une carte porteuse sur laquelle il connecte des cartes du commerce. Il réduit les coûts de concep- tion, et exploite une technologie éprouvée qui assure la pérennité de sa solution. Naturellement, les standards évoluent et s’adaptent aux progrès de l’informatique. Mais bien souvent, alors que les nouveaux formats peinent à s’imposer, d’autres tels que le VME, restent très utilisés malgré une fin de vie annoncée. Le bus VME continue de se justifier Le format VME (Versa Module Eurocard) a été créé en 1981 par l’organisme VITA (VMEbus International Trade Association). Il a connu depuis de nombreuses évolutions. Le VME pose les bases d’un fond de panier à bus parallèle, initialement conçu pour les processeurs Motorola MC68000, mais qui très vite s’adapte aux architectures PC et PowerPC. De par sa conception, le bus VME est adapté au traite- ment d’instructions courtes, à haute vitesse, ce qui le destine dès le départ aux applica- tions de gestion rapide d’Entrées/Sorties. Ceci explique son adoption massive dans divers secteurs industriels. Car aujourd’hui, malgré la publication par le VITA de stan- dards plus modernes (VXS et VPX), le mar- ché du VME conserve une certaine stabilité. Les cartes de dimensions 3U, prévues uni- quement pour les processeurs 16 bits, ont pratiquement disparu de tous les catalogues. Mais les cartes VME 6U sont toujours large- ment répandues. On les retrouve dans les secteurs du transport, de l’énergie, de la Défense ou de l’aérospatiale. Et avec la sortie du bus VME 2eSST, qui fait passer la bande passante de 80 à 320 Mo/s, de nouveaux projets continuent à voir le jour. Les cartes VME 6U 2eSST à processeurs double cœur, notamment, sont encore préférées à d’autres formats plus modernes pour certaines appli- cations de gestion de trafic, de systèmes d’aiguillage ferroviaires, pour le pilotage de sous-marins ou encore pour le guidage de missiles. Les cartesVME peuvent être utilisées en extérieur, mais leur grande taille les rend sensibles aux niveaux élevés de chocs et de vibrations. On choisit donc surtout le VME pour son aptitude à gérer des Entrées/Sorties rapides, pour le large choix de produits dis- ponibles, pour sa résistance aux températures extrêmes, mais aussi et surtout pour son ca- ractère économique. Le CompactPCI résiste grâce au contrôle industriel Les cartes VME 3U ayant quasiment disparu, la nécessité de cartes robustes et compactes s’est fait sentir. Ce sont les industriels de télécoms qui, les premiers, ont comblé ce vide. Ils souhaitaient profiter de l’augmen- en raison de sa compacité et de sa robustesse, il ne peut répondre aux applications qui né- cessitent un traitement temps réel “dur” des données. D’où sa difficulté à attaquer le mar- ché des systèmes automatisés. On le réserve principalement aux applications industrielles qui pourraient se satisfaire des capacités de traitement d’un PC classique, mais qui sont soumises à des contraintes environnemen- tales. Le marché est vaste, d’autant plus que le CompactPCI est pensé à la base pour les architectures PC, contrairement au VME. Quoi qu’il en soit, le format CompactPCI 6U, privilégié un temps par les télécoms, n’est pratiquement plus utilisé. Son principal atout face au format 3U, à savoir le fait de pouvoir gérer davantage d’Entrées/Sorties, se révèle insuffisant pour justifier le doublement de la hauteur des châssis. Un réseau pour accélérer le dialogue entre les cartes Malgré leur ancienneté, l’existence des sys- tèmes VME et CompactPCI est, aujourd’hui encore, tout à fait justifiée. « On estime de ma- nière générale que le bus parallèle est suffisant pour des applications dont les besoins en débit ne dépassent pas quelques dizaines de méga-octets par seconde, commente Nicolas Stenko, spécialiste de l’activité cartes chez NeoMore. Pour le pilotage d’équipements série RS-232, par exemple, le bus parallèle est parfaitement adapté. » Mais au fil des années, les capacités des pro- cesseurs progressant, le bus de fond de pa- nier devient un goulet d’étranglement pour un grand nombre d’applications. Prise indé- pendamment, chaque carte est capable de traiter des informations plus rapidement. Mais le dialogue entre les cartes (entre une carte d’Entrées/Sorties et une carte proces- seur, par exemple) reste limité par les per- formances des bus parallèles VME et PCI. Pour s’en affranchir, les constructeurs envi- sagent alors de créer un réseau Ethernet sur le fond de panier. Les deux consortiums proposent leur stan- dard. Il s’agit pour le PICMG du format CompactPCI PSB (CompactPCI Packed tation en bande passante apportée par le bus PCI 32 bits (qui venait d’apparaître dans les PC pour le traitement des tâches graphi- ques). En 1997, le consortium PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) lance les spécifications du standard CompactPCI (nom de code PICMG 2.0). L’objectif : pro- poser un format adapté à l’utilisation des cartes PCI dans un environnement industriel. La conception du bus PCI est totalement dif- férente de celle du bus VME : alors que le VME traite de petites instructions à haute vitesse, le bus PCI est prévu pour prendre en charge de gros blocs de données. Un con- trôleur de bus se charge de l’analyse des trames et de la gestion des priorités. Aussi, même si le CompactPCI perce rapidement Dans une architecture commutée, des liens directs peuvent être établis entre les cartes (contrairement au bus parallèle qui oblige chaque carte à attendre son tour pour envoyer des données). Ces liens série à haut débit peuvent utiliser n’importe quel protocole. Les formats VME et CompactPCI continuent de s’imposer pour les applica- tions n’ayant pas des besoins importants en performances. Le CompactPCI 2.16 et le VXS rajoutent un réseau Ethernet au bus parallèle. Les architectures commutées (systèmes ATCA, VPX et MicroTCA) apportent plus de souplesse de conception. Les premiers projets VPX et MicroTCA démarrent dans l’industrie, après une longue période d’évaluation. L’essentiel Il aura fallu attendre près de trois ans après le lancement du standard pour que les premières applications en MicroTCA soient mises en place dans l’industrie. Cette adoption a été accélérée par la sortie de différents facteurs de forme pour les châssis. Des châssis simplifiés, aux fonctionnalités réduites, se posent ainsi en tant qu’alternative économique au MicroTCA classique. N.A.T. Ecrin Systems Ecrin Systems Schroff

Informatique industrielle : Systèmes sur cartes : les ...€¦ · VPX (nom de code VITA 46) définit des sys-tèmes sur cartes à vocation fortement mili-taire. Pour Philippe Constanty,

Embed Size (px)

Citation preview

MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com22

S olutions

MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com 23

S olutionsINFORMATIQUE INDUSTRIELLE

Systèmes sur cartes : les architectures commutées deviennent enfin une réalitéLes formats VME et CompactPCI peuvent parfois faire figure d’anciennes techno-logies. Mais ces systèmes sur cartes à base de bus parallèle ont su s’adapter au fil des ans : ils ont adopté hier les liaisons série, et proposent aujourd’hui des architec-tures commutées. Ces dernières autorisent des communications à haut débit et une utilisation simultanée du réseau par plusieurs cartes. Le format VPX, qui vise avant tout les applications militaires, ainsi que le MicroTCA, adapté à l’industrie au sens large, ont ainsi vu le jour. Quelques années après leur lancement, les premières applications commutées deviennent enfin une réalité… même si les autres formats de cartes n’ont pas dit leur dernier mot.

La définition des premiers standards de systèmes sur cartes, au début des années 80, a offert une alter-native intéressante aux développe-

ments de solutions propriétaires. Si une ap-plication n’a pas des besoins trop spécifiques, l’industriel choisit le format qui lui convient, puis conçoit (ou fait concevoir) une carte

porteuse sur laquelle il connecte des cartes du commerce. Il réduit les coûts de concep-tion, et exploite une technologie éprouvée qui assure la pérennité de sa solution.Naturellement, les standards évoluent et s’adaptent aux progrès de l’informatique. Mais bien souvent, alors que les nouveaux formats peinent à s’imposer, d’autres tels que le VME, restent très utilisés malgré une fin de vie annoncée.

Le bus VME continue de se justifierLe format VME (Versa Module Eurocard) a été créé en 1981 par l’organisme VITA (VMEbus International Trade Association). Il a connu depuis de nombreuses évolutions. Le VME pose les bases d’un fond de panier à bus parallèle, initialement conçu pour les processeurs Motorola MC68000, mais qui très vite s’adapte aux architectures PC et PowerPC. De par sa conception, le bus VME est adapté au traite-ment d’instructions courtes, à haute vitesse, ce qui le destine dès le départ aux applica-tions de gestion rapide d’Entrées/Sorties. Ceci explique son adoption massive dans divers secteurs industriels. Car aujourd’hui, malgré la publication par le VITA de stan-dards plus modernes (VXS et VPX), le mar-ché du VME conserve une certaine stabilité.Les cartes de dimensions 3U, prévues uni-quement pour les processeurs 16 bits, ont pratiquement disparu de tous les catalogues. Mais les cartes VME 6U sont toujours large-ment répandues. On les retrouve dans les secteurs du transport, de l’énergie, de la Défense ou de l’aérospatiale. Et avec la sortie du bus VME 2eSST, qui fait passer la bande passante de 80 à 320 Mo/s, de nouveaux

projets continuent à voir le jour. Les cartes VME 6U 2eSST à processeurs double cœur, notamment, sont encore préférées à d’autres formats plus modernes pour certaines appli-cations de gestion de trafic, de systèmes d’aiguillage ferroviaires, pour le pilotage de sous-marins ou encore pour le guidage de missiles. Les cartes VME peuvent être utilisées en extérieur, mais leur grande taille les rend sensibles aux niveaux élevés de chocs et de vibrations. On choisit donc surtout le VME pour son aptitude à gérer des Entrées/Sorties rapides, pour le large choix de produits dis-ponibles, pour sa résistance aux températures extrêmes, mais aussi et surtout pour son ca-ractère économique.

Le CompactPCI résiste grâce au contrôle industrielLes cartes VME 3U ayant quasiment disparu, la nécessité de cartes robustes et compactes s’est fait sentir. Ce sont les industriels de télécoms qui, les premiers, ont comblé ce vide. Ils souhaitaient profiter de l’augmen-

en raison de sa compacité et de sa robustesse, il ne peut répondre aux applications qui né-cessitent un traitement temps réel “dur” des données. D’où sa difficulté à attaquer le mar-ché des systèmes automatisés. On le réserve principalement aux applications industrielles qui pourraient se satisfaire des capacités de traitement d’un PC classique, mais qui sont soumises à des contraintes environnemen-tales. Le marché est vaste, d’autant plus que le CompactPCI est pensé à la base pour les architectures PC, contrairement au VME.Quoi qu’il en soit, le format CompactPCI 6U, privilégié un temps par les télécoms, n’est pratiquement plus utilisé. Son principal atout face au format 3U, à savoir le fait de pouvoir gérer davantage d’Entrées/Sorties, se révèle insuffisant pour justifier le doublement de la hauteur des châssis.

Un réseau pour accélérer le dialogue entre les cartesMalgré leur ancienneté, l’existence des sys-tèmes VME et CompactPCI est, aujourd’hui

encore, tout à fait justifiée. « On estime de ma-nière générale que le bus parallèle est suffisant pour des applications dont les besoins en débit ne dépassent pas quelques dizaines de méga-octets par seconde, commente Nicolas Stenko, spécialiste de l’activité cartes chez NeoMore. Pour le pilotage d’équipements série RS-232, par exemple, le bus parallèle est parfaitement adapté. »Mais au fil des années, les capacités des pro-cesseurs progressant, le bus de fond de pa-nier devient un goulet d’étranglement pour un grand nombre d’applications. Prise indé-pendamment, chaque carte est capable de traiter des informations plus rapidement. Mais le dialogue entre les cartes (entre une carte d’Entrées/Sorties et une carte proces-seur, par exemple) reste limité par les per-formances des bus parallèles VME et PCI. Pour s’en affranchir, les constructeurs envi-sagent alors de créer un réseau Ethernet sur le fond de panier.Les deux consortiums proposent leur stan-dard. Il s’agit pour le PICMG du format CompactPCI PSB (CompactPCI Packed

tation en bande passante apportée par le bus PCI 32 bits (qui venait d’apparaître dans les PC pour le traitement des tâches graphi-ques). En 1997, le consortium PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) lance les spécifications du standard CompactPCI (nom de code PICMG 2.0). L’objectif : pro-poser un format adapté à l’utilisation des cartes PCI dans un environnement industriel. La conception du bus PCI est totalement dif-férente de celle du bus VME : alors que le VME traite de petites instructions à haute vitesse, le bus PCI est prévu pour prendre en charge de gros blocs de données. Un con-trôleur de bus se charge de l’analyse des trames et de la gestion des priorités. Aussi, même si le CompactPCI perce rapidement

Dans une architecture commutée, des liens directs peuvent être établis entre les cartes (contrairement au bus parallèle qui oblige chaque carte à attendre son tour pour envoyer des données). Ces liens série à haut débit peuvent utiliser n’importe quel protocole.

Les formats VME et CompactPCI continuent de s’imposer pour les applica-tions n’ayant pas des besoins importants en performances.

Le CompactPCI 2.16 et le VXS rajoutent un réseau Ethernet au bus parallèle.

Les architectures commutées (systèmes ATCA, VPX et MicroTCA) apportent plus de souplesse de conception.

Les premiers projets VPX et MicroTCA démarrent dans l’industrie, après une longue période d’évaluation.

L’essentiel

Il aura fallu attendre près de trois ans après le lancement du standard pour que les premières applications en MicroTCA soient mises en place dans l’industrie. Cette adoption a été accélérée par la sortie de différents facteurs de forme pour les châssis. Des châssis simplifiés, aux fonctionnalités réduites, se posent ainsi en tant qu’alternative économique au MicroTCA classique.

N.A

.T.

Ecrin System

s Ecrin Systems

Schroff

MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com24

Solutions

MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com 25

Solutions

Switching Backplane, ou PICMG 2.16), et pour le VITA du format VXS (VMEbus Switched Serial, ou ANSI/VITA 41).Le standard CompactPCI 2.16, standardisé en 2001, se base sur les spécifications du CompactPCI. Il rajoute des connecteurs sup-plémentaires entre les deux parties du con-necteur CompactPCI afin de disposer de deux liaisons Ethernet. Les données sont envoyées vers un switch Ethernet, qui est rajouté dans le châssis sous forme de carte et organise les communications. Comme il s’agit de liaisons série à haut débit, l’utilisa-teur peut choisir d’utiliser le protocole Fast ou Gigabit Ethernet simplement en installant le switch correspondant. La seconde liaison Ethernet assure la redondance (la deuxième carte prend le relais en cas de panne de la première). En revanche, il s’agit d’un con-necteur spécifique. Ce qui interdit l’utilisa-tion d’anciennes cartes CompactPCI dans un châssis CompactPCI 2.16.Avec le format VXS, ratifié en 2006, le con-sortium VITA propose une variante du VME avec réseau de communication supplémen-taire. Elle est basée sur le bus VME 2eSST. Là aussi, les échanges de données entre cartes bénéficient de la vitesse de transmission du protocole Gigabit Ethernet, et la redondance peut être assurée par l’installation d’un deuxième switch. Compatibilité ascendante (utilisation d’anciennes cartes VME) et bran-chement des cartes à chaud sont également prévus. Selon Elie Gasnier, directeur marke-ting chez Ecrin Systems, « si elle a pu compter quelques applications à sa sortie, cette amélioration

du bus VME n’est plus vraiment mise en avant aujourd’hui par les constructeurs. Car d’autres for-mats sortis quelques années plus tard ont vite réduit l’intérêt des industriels pour ce format “hybride” ».

Les liaisons série s’étendent à tout le châssisLes années 2000 voient en effet les bus infor-matiques migrer d’une architecture parallèle vers des liaisons série. Le bus PCI se trans-forme en lien PCI Express, les interfaces de stockage IDE deviennent des interfaces SATA, et les ports pour périphériques LPT cèdent la place aux ports USB…Les avantages des liaisons série sont nom-breux : leurs débits sont beaucoup plus éle-vés (plusieurs Go/s) et ils présentent une meilleure immunité aux bruits parasites. De

plus, les signaux d’une voie ne perturbent pas ceux des autres voies (une des limites du bus parallèle).En 2005, les sociétés MEN Mikro Elektronik et Innova surfent sur cette tendance. Ils aban-donnent donc le bus PCI parallèle pour le remplacer par un fond de panier PCI Express. Le nouveau format est baptisé CompactPCI Express (ratifié par le PICMG sous la réfé-rence EXP.0). Ce qui implique de nouveaux connecteurs, et donc de nouvelles cartes. « On obtient au final des systèmes capables de s’in-tégrer à toutes les architectures industrielles modernes, principalement car ils disposent de plusieurs ports USB et Gigabit Ethernet en sortie, déclare Michel Goujet, p.-d.g. de Men Mikro Elektronik France. Des châssis hybrides existent cependant pour assurer le branchement d’anciennes cartes CompactPCI. »

Toutefois, la migration d’un système CompactPCI vers un système CompactPCI Express reste difficile à rentabiliser. Les per-formances de calcul sont augmentées par rapport au CompactPCI classique, la connec-tivité est améliorée par rapport au CompactPCI 2.16, mais l’investissement reste conséquent et le CompactPCI Express ne peut apporter certains services proposés par d’autres formats, notamment ceux dis-posant d’une architecture commutée.

Un fond de panier commuté pour des architectures plus souplesLes évolutions des systèmes VME et CompactPCI ont abouti à des systèmes par-fois jugés trop hybrides. En mélangeant bus parallèle et réseau Ethernet (CompactPCI 2.16 et VXS), seules les topologies en étoile (ou en double étoile) sont possibles. Toutes les communications doivent en effet passer par

le (ou les) switch (es). Un principe incom-patible avec les applications nécessitant du traitement en temps réel. Car on ne peut pas adapter la topologie du réseau pour accélérer la transmission des données entre deux cartes.Par ailleurs, on s’aperçoit que toutes les com-munications entre cartes doivent s’effectuer en utilisant un protocole imposé (Ethernet et/ou PCI Express). Or d’autres protocoles série, tels que le Serial RapidIO ou le SATA, peuvent présenter un intérêt. Si le PCI Express est optimal pour la transmission de données graphiques, le SATA est beaucoup plus adapté à l’écriture de données sur des disques de stockage. Et le Serial RapidIO, avec ses débits théoriques pouvant aller jusqu’à 60 Go/s, est particulièrement indiqué pour la gestion d’Entrées/Sorties rapides ainsi que pour le multiprocessing (plusieurs processeurs qui exécutent des calculs en parallèle).

MEN

Tableau comparatif des différents formatsVME CompactPCI VXS CompactPCI 2.16 CompactPCI Express VPX AdvancedTCA MicroTCA

Nom de code ANSI/VITA 1 PICMG 2.0 ANSI/VITA 41 PICMG 2.16 PICMG EXP.0 VITA 46 PICMG 3.0 PICMG MTCA.0

Architecture Bus parallèle Bus parallèle Bus parallèle + 2 liens Ethernet

Bus parallèle + 2 liens Ethernet

Voies PCI Express Commutée Commutée Commutée

Points forts Offre produits très étendue.Compatibilité ascendante avec les dérivés plus récents.

Offre produits très étendue.Compact et économique.

Performances améliorées pour la communication entre cartes

Performances améliorées pour la communication entre cartes

Adapté aux périphériques série (USB, SATA, etc.)

Performances de premier ordre, choix des protocoles de communication.Durcissement important (voire extrême en version VITA 48 REDI), blindage CEM.

Performances, modularité des cartes AMC, management à distance, hot swap, redondance.

Différents formats de châssis pour répondre à des applications variées.Performances, modularité des cartes AMC, management à distance, hot swap, redondance.

Points faibles Performances limitées

Performances limitées

Gain en performances limité

Gain en performances limité

Incompatibilité avec les standard précédents

Dissipation thermique élevée.Prix.

Prix Offre produits encore peu étendue

Applications privilégiées

Industrie au sens large, Défense, transports

Industrie au sens large, Télécoms

Réseaux, traitement d’images

Réseaux de communication, traitement d’images

Transports, applications multimédia

Défense, aérospatial Télécoms Contrôle industriel, transports, médical, Défense

Face aux PC industrielsLes systèmes à cartes ont été créés pour offrir une meilleure maintenabilité que celle des PC industriels. Les PC industriels à fond de panier passif répondant aux normes PICMG 1.X acceptent eux aussi des cartes, mais celles-ci sont enfermées dans le châssis du PC. Avec les systèmes basés sur le VME ou le CompactPCI, les cartes sont accessibles depuis la face avant du châssis. Les temps d’intervention sont donc réduits en cas de panne, améliorant ainsi la disponibilité globale de l’application. Par ailleurs, les systèmes à base de cartes sont plus robustes que les PC industriels classiques grâce à une connectique standard et éprouvée et à une conception mécanique plus aboutie. La ventilation est de plus beaucoup plus efficace du fait de la disposition verticale des cartes et du fond de panier. Bien entendu, toutes ces caractéristiques génèrent un surcoût par rapport aux solutions à base de PC industriels.

Face aux PC embarquésPlus compacts et parfois plus robustes, les PC embarqués seront préférés pour les applications soumises aux chocs et aux vibrations. Ils sont conçus pour des projets de déploiements importants (flottes de véhicules, par exemple), mais leur architecture reste relativement figée. A l’inverse, on optera pour un système sur cartes pour des applications modulaires, qui ont besoin d’être remises à niveau régulièrement, ou qui n’ont pas besoin de fonctions graphiques, par exemple.

Face aux cartes porteuses avec modules COMLes modules COM (Computer On Module) ont été introduits pour apporter de la pérennité à une application informatique propriétaire. Il s’agit de développer une carte porteuse munie de toutes les E/S nécessaires, et d’y connecter un module processeur (ce dernier pouvant être remplacé à tout moment par un autre, sans modification du code applicatif). Indispensable pour garantir une longue durée de vie. Comme pour les PC embarqués, le nombre et le type des E/S sont figés. Les systèmes sur cartes seront préférés pour les applications soumises à modifications.

Les systèmes sur cartes face à leurs concurrents

La preuve que le VME continue à trouver de nouvelles applications : cette carte VME 6U équipée d’un processeur Intel double cœur a récemment été choisie par les chercheurs du CERN (Centre européen pour la recherche nucléaire). Elle sera intégrée au nouvel accélérateur de particules.

L’industrie du ferroviaire est encore un gros marché pour le format VME. Des systèmes tels que celui-ci sont utilisés pour tous les équipements situés sur les bords des voies (systèmes d’aiguillage, de gestion du trafic, etc.).Ec

rin

Syst

ems

MEN

Mik

ro E

lekt

roni

k

MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com26

Solutions

MESURES 814 - AVRIL 2009 - www.mesures.com 27

Solutions

Pour palier ces problèmes de topologie et de protocoles, la solution consiste à mettre en place une architecture “commutée”, dans laquelle chaque carte est reliée à toutes les autres en mode point-à-point. Les cartes aux formats AdvancedTCA, VPX et MicroTCA sont aujourd’hui en mesure d’intégrer ce type d’architectures. Encore une fois, pour les autres applications n’exigeant pas de telles performances, l’accent sera mis le plus sou-vent sur le prix et les industriels préfèreront miser sur le VME 6U et le CompactPCI 3U, standard éprouvés et économiques.

L’AdvancedTCA, très orienté télécomsLe marché des télécoms est bien souvent pionnier dans l’exploitation des technolo-gies informatiques innovantes. Il fut le pre-mier à pousser l’adoption des architectures commutées pour les systèmes sur cartes. C’est ainsi que le standard AdvancedTCA (Advanced Telecommunications Computing Architecture, nom de code PICMG 3.0) a été

lancé. Le fond de panier, entièrement com-muté, est utilisé pour apporter de la redon-dance. Par ailleurs, afin de faciliter la gestion des parcs de machines, les châssis AdvancedTCA sont équipés de fonctions de gestion et de surveillance (IPMI, pour Intelligent Platform Management Interface). Elles prennent en charge le “hot-swapping” (changement des cartes à chaud sans arrêt du système), la surveillance des tensions d’alimentation des cartes, de leur état de fonctionnement et de leur température.Le standard AdvancedTCA définit des cartes de dimensions 6U, aux bandes passantes très élevées (plusieurs dizaines de Go/s) qui le destinent principalement aux grosses infras-tructures réseaux…

Le VPX, champion des performances et du durcissementToujours en cours de certification par l’ANSI (American National Standards Institute), le format VPX (nom de code VITA 46) définit des sys-tèmes sur cartes à vocation fortement mili-taire. Pour Philippe Constanty, responsable des ventes pour les marchés militaire et aéro-spatial chez GE Fanuc Intelligent Platforms, « le VPX consiste à apporter au VME une architecture commutée et des caractéristiques de durcissement poussées. On obtient le standard idéal pour toutes les applications militaires de pointe : traitement radar, pilotage de drones, détection, brouillage, ou encore création d’environnements de simulation de combat.

Les premières applications VPX ont démarré en fin d’année dernière, quelques mois seulement après la sortie des premiers produits, c’est dire si nous croyons au potentiel de ce format ».Comme pour l’AdvancedTCA, il s’agit d’une architecture point-à-point. Toutes les topo-logies sont donc envisageables. Les liens série, constituant le fond de panier et reliant chaque couple de cartes, peuvent exploiter n’importe quel protocole de communica-tion. Exemple type d’application : des cartes équipées de FPGA effectuent le prétraite-ment des données (sur des modules XMC, par exemple), qui sont transmises aux diffé-rentes cartes processeurs via le protocole Serial RapidIO ou InfiniBand, puis les calculs en parallèle sont réalisés sur des cartes mul-tiprocesseur multicœur (à architecture PowerPC, par exemple). Les résultats sont ensuite envoyés en PCI Express vers une carte à architecture Intel x86 qui se charge de l’af-fichage. On tire ainsi profit de toutes les technologies disponibles.Le VPX affiche toutefois quelques faiblesses. Les cartes équipées de plusieurs processeurs à deux ou quatre cœurs ont des caractéristi-ques de consommation et de dissipation thermique très importantes. La conception d’un système VPX embarqué ne s’improvise pas, elle exige parfois l’emploi de techniques de refroidissement de dernière génération telles que le “Spray Cool” (refroidissement par pulvérisation d’eau).Enfin, la compatibilité entre le VPX et les autres systèmes VME n’est pas assurée. C’était pourtant l’un des points forts du VME, qui autorisait jusque-là cette compatibilité ascendante. C’était toutefois le prix à payer pour garantir une robustesse de premier ordre. Les connecteurs, surtout, devaient obligatoirement faire l’objet de développe-ments spécifiques pour accepter des niveaux de vibrations très élevés. Mais il faut noter la possibilité d’employer des cartes fond de panier hybrides, disposant de connecteurs VME et VPX. Cela fut dès le départ une des préoccupations du VITA.

Le MicroTCA, “la” solution pour l’industrie ?Les spécifications du standard MicroTCA (nom de code MTCA.0) ont été certifiées en 2006 par le PICMG. A la base du concept : réutiliser les modules AMC (AdvancedTCA Mezzanine Card, nom de code AMC.0) dans des châssis plus compacts que ceux utilisés dans les télécoms. On profite ainsi des per-formances d’une architecture commutée, mais dans un facteur de forme plus réduit et pour un coût global moins élevé.

SCHROFF

Le format CompactPCI plusLe constructeur allemand Men Mikro Elektronik a lancé le format CompactPCI Plus (nom de code CPLUS.0). Un groupe de travail a été constitué au sein du consortium PICMG pour la validation de ses spécifications, et la sortie des premiers produits est prévue pour 2010.Contrairement au CompactPCI Express, qui se contente d’ajouter des liens PCI Express au bus parallèle, le CompactPCI Plus ne comporte que des liaisons série. Le fond de panier est entièrement commuté : toutes les topologies sont possibles, et aucun protocole de communication n’est imposé pour les liaisons entre les cartes. Le connecteur du CompactPCI Plus, beaucoup plus dense que celui du CompactPCI, interdit la réutilisation des cartes existantes. En revanche, la mise sur le marché de fonds de panier hybrides pourra assurer une certaine compatibilité ascendante. La migration vers le CompactPCI Plus se justifie en cas de besoins de liaisons rapides (plusieurs sorties Gigabit Ethernet, par exemple). Il faut bien sûr pouvoir se passer des liaisons parallèles. Le secteur ferroviaire, pour lequel les besoins en flux multimédias sont importants, fait notamment partie des premières applications visées.

Les propriétés des systèmes AdvancedTCA, conservées pour le MicroTCA, deviennent des atouts de poids pour l’industrie : hautes performances et branchement des cartes à chaud, bien sûr, mais aussi une gestion in-telligente de l’alimentation qui est assurée par un module AMC spécifique. Il en va de même pour la ventilation et pour la gestion des communications (effectuée par le

MicroTCA Controller Hub, ou MCH, sorte de “chef d’orchestre” du système). Les avan-tages : ces cartes extractibles sont rapidement remplaçables en cas de panne, et la redon-dance est plus facile à mettre en place.Autre aspect intéressant du MicroTCA : les châssis peuvent être surveillés et pilotés depuis n’importe quel poste distant. Certains constructeurs proposent même des logiciels

de maintenance dont l’interface reprend la configuration exacte du châssis, et affiche les photos des cartes installées. « Ce qui s’avère utile lorsqu’un agent de maintenance guide à distance un opérateur pour le remplacement d’une carte. Lorsqu’un opérateur n’est pas initié au vocabulaire informatique, “retirez la carte grise en

Le format CompactPCI ne s’adresse pas qu’aux architectures PC... Cette carte processeur à refroidissement par conduction est équipée à la fois d’un processeur PowerPC et d’un FPGA.

haut à gauche” est une indication plus claire pour lui que “retirez le MCH” ou “déposez la carte CPU” », explique Dirksen Vollrath, ingénieur chez N.A.T. Plusieurs facteurs de forme de châssis sont prévus afin d’accélérer l’adoption du MicroTCA. Selon Jean-Claude Gesang, ingé-nieur d’application chez Schroff, « le prix des systèmes était jusqu’à présent le principal point faible du MicroTCA. Il freinait son adoption dans l’indus-trie. C’est pourquoi nous proposons des châssis sim-plifiés. Ils disposent de fonctions de gestion moins évoluées, et peuvent être équipés d’une alimentation intégrée qui évite le recours à la carte d’alimentation. Grâce à ces dernières évolutions, le MicroTCA vise les applications industrielles au sens large ».Un exemple de configuration typique dans le domaine du contrôle industriel : un pre-mier module AMC acquiert les flux en pro-venance des caméras de vision, un second gère les Entrées/Sorties, un autre embarque le processeur (ou plusieurs, si l’on veut faire du multiprocessing), un autre module stocke les données, et un dernier se charge de la visualisation. Tout cela orchestré par deux MCH qui assurent la redondance et effec-tuent également la liaison au réseau Ethernet de l’usine.Malgré une sortie des premiers produits relativement tardive (due principalement aux temps de mise au point des modules MCH et des modules d’alimentation), les systèmes MicroTCA sont aujourd’hui prêts. Les premiers projets “hors télécoms” com-mencent à voir le jour. « En dépit d’un contexte économique pas forcément favorable aux investisse-ments, conclut Elie Gasnier (Ecrin Systems), le MicroTCA est vu par nombre d’industriels comme une sorte de “bouffée d’oxygène” pour le renouvelle-ment des anciennes applications CompactPCI. »

Frédéric Parisot

Un exemple de module AMC,

utilisable aussi bien dans une carte AdvancedTCA

que dans un système MicroTCA. Il s’agit ici du format AMC le plus compact

(simple hauteur et simple largeur).

Le CompactPCI est aujourd’hui l’un des formats les plus répandus dans l’industrie. Il se révèle plus adapté que le VME, son principal rival, dès lors qu’il s’agit d’applications ayant des besoins graphiques ou de communication importants.

MEN

Mik

ro E

lekt

roni

k

XES/NeoMore

Avec le CompactPCI Plus, les signaux série (PCI Express, Ethernet, SATA et USB) sont accessibles directement sur le fond de panier.

Schroff