标题：AdvancedTCA Fabric
what is  AdvancedTCA Fabric
PICMG3.0规范---先进的通讯计算机架构2001年9月，PICMG(全球PCI工业计算机制造组织)成立了一个委员会起草满足高吞吐量、高可靠性的下一代计算机平台标准。该委员会由代表了工业和电信设备制造商及终端用户的105个公司组成，其目标是建立、修改并计划在2002年底发布新的规范。经过1 2个月的奋战，PICMG3.0规范---先进的通讯计算机构架（ATCA）如期发布。整个过程中，组织内的各个团队分别负责问题的不同方面，为最终达到一个实用的解决方案的期望而努力，其中的核心团队负责监控整个进程，发现并解决过程中出现的潜在的不兼容性和障碍。这个规范的发表无疑是工程界的快速有效合作的很好范例。PICMG 3.0规范有4 60页长，整个制订过程花费5人年的会议和电话协商的时间。本文将对规范形成背后的动机作以阐述，同时对规范本身做一个全面的介绍. PICMG 3.0的目标： PICMG标准化组织要求任何新规范的制订须以SOW（Statement of Work）的形式开始。S OW提供指导用以确保标准与原始目标吻合而不过分背离。PICMG 3.0的SOW是：“PICMG 3.0标准是为下一代融合通讯及数据网络应用提供一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架 ,同时以模块结构的形式呈现以支持符合现代传输需求的科技或应用。在核心标准中定义机械结构、散热管理、电源分配和系统管理。PICMG 3. 0规范的特色是专注于电信运营级需求"可靠性、可用性、适用性（RAS）”的应用，同时附带目的则为加速在高可靠度资料中心(HA Data Center)对此技术的采用.此规范的目标更清楚针对那些未能被现存CompactPCI 标准规范或专属架构满足的应用，PICMG 3.0及其辅助规范将带给这样的应用市场提供一个良好解决方案。”。事实上，大多数PICMG 3.0 委员会成员业已根生于  AdvancedTCA FabricCompactPCI生态环境，并正在探索新的平台用以承载下一代通讯和资料应用。其间大家曾尝试着对2.X标准的修改来满足电信市场的需求，但只取得了有限的效果，最终不得不承认原有的CompactPCI规范不能满足电信应用对单板空间、功耗、带宽、系统管理的要求，新的标准则应运而生。一系列家族式的规范： PICMG 3.0 规范的标题为先进的通讯计算机架构,简称ATCA,但这会带来一些混淆，因为 ATCA是指的一系列规范，PICMG 3.0 只是其中一个。事实上PICMG 3.0 有别于其它PIC MG 规范，它是由一个核心规范-- PICMG 3.0和一系列辅助规范组成。ATCA家族中的核心规范定义了ATCA系列规范中的机构、电源、散热、互联、系统管理部分;辅助规范内容则定义了在核心规范中互联的传输方式. 。实质上，核心规范定义了板对板通讯的点对点联接，而辅助协议定义了这些点对点联接的协议、规范。现今，四个辅助协议已经被确认通过,它们是：3.1 以太和光纤传输；3.2 InfiniBand 传输；3.3 星形传输；3.4 PC I Express传输。另一个辅助协议PICMG3.5---高级结构互联/串行高速I/O传输正在制订中。辅助协议的灵活性带来了易用性;ATCA产品的整合制造商将需要更多关注热门系统平台中板卡使用的辅助协议。一个使用PICMG3.1---以太和光纤传输的单板将不能和一个使用PICMG 3.2---InfiniBand传输的单板在架构中进行通讯。单板规格介绍： PICMG 3.0机构要求主要来自于对600mm ETSI 和19” EIA标准机柜空间使用的研究。PI CMG 3.0委员会在考虑单板尺寸能支持下一代元器件对物理和散热的需求的同时，机箱空间能和板子能达到最大限度的配合和利用。最初的工作是基于欧规卡的标准，继而又提升到支持低成本的片状金属架构(简单电讯封装)。对后走线模块的支持满足了对后I/O应用的需求。在决定可以使用的单板空间时，也充分考虑了前、后板的进深范围以供大量电缆束绑空间。经过对不同规格尺寸的单板的优点进行讨论之后，PICMG 3.0组织统一规格如下：前板 8U x 280mm，进深1.2” pitch，选配后板8U x 70mm深。基于1.2” pit ch，19” EIA机框可以支持14槽，而600mm ETSI的机框可以支持16槽。下图所示为600m m ETSI机架中的ACTA前后单板的侧视图： ETSI机架中前后ATCA单板的侧视图电源介绍： PICMG 3.0 单板功耗最高 200瓦，尽管就当今的硅技术而言，200W看上并不起眼，但是一框有16个200瓦单板的机框功耗就达到3200瓦，一个机架里如果有三框其功耗就达到了 10K瓦。板子功耗高于200瓦，宽度就要翻倍,而这些板子就需要借助两槽宽度用于散热。当功耗是200W时，给单板引入直流低点压（3.3V，60A）变得不可行。标准的通讯设备是 48V，200W时输出是4A。在多数电信环境，具备48V DC电源，因而不用提供电源框。在电源供给上引入双冗余电源用以消除电源供给异常所引发的单点故障。电源联接头的针脚包括用来确定PICMG3.0单板正确插入位置的调整针,以及电源管理针脚。 PICMG 3.0 Power Connector PICMG3.0 电源接头传输简介： PICMG 3.0包含多种传输，这些传输模式如图由下而上依序提供系统管理层、控制层、资料层等的联接。系统管理是基于一条与各槽位都相连的I2C 双串行信号线, 系统管理信息则是基于IPMI规范被扩展到在PICMG3.0规范中使用。系统管理总线也是冗余方式确保在一条总线故障情况下，管理信息仍正常传递。在资料层旁边的控制层称作Base 接口 (Base Interface)，Base接口是一个双星型的拓扑结构具有冗余的交换刀片和以太网BA ST-T信号,在PICMG 3.0中提供IP传输，这点在架构定义上非常像PICMG 2.16。PICMG 3. 0单板的高速数据传输是通过Fabric接口 (Fabric Interface)，Fabric接口是基于3.12 5Gbps SERDES信号，可以在星型和全网状结构中支持10Gb的传输速率。正如上面提到的，PICMG 3.0核心规范定义了Fabric接口的信号和互联，而辅助规范定义了用于传输的协议。PICMG 3.0 背板的互联支持全网状Fabric接口，双星型Base接口和冗余的系统管理，如下图所示：总结： PICMG 3.0规范是PCIMG组织制订有史以来最大的规范---460页的长度令人叹为观止。本文只是对PICMG3.0架构进行基本的介绍，未涉及PICMG3.0的其它部分，如震铃(Ring) 和 测试(Test) 总线，更新信道 (Update Channel)，时钟同步(Synchronization Clocks ) ，系统管理能力等等。尽管PICMG 3.0规范已经发布，委员会仍然每周举行电话会议，回顾并解决一些未参与制订PICMG 3.0规范的厂商参阅PICMG 3.0规范开发产品时产生的模糊认识和误解。值得一提的是，在制定此规范时许多来自于竞争对手之间的协作: PICMG 3.0组织有最好的设计师和天才工程师，尽管他们来自相互竞争的公司，大家坐下一起来讨论电信计算机设备的发展的蓝图，并最终把众多不同的观点和理念融合成PICM G3.0规范，这无疑是产业界合作的最佳典范。
在制定PICMG3.0规范的过程中一个费时费力的工作是对承载数据传输的连接器的选择。虽然对连接器的特性需求已经被大家很好的理解，但是规范制定小组希望在现今市场中的性价比较好的连接器中做选择。经过数月的介绍调查，并最终以正式的投票表决方式确定了3.0规范的连接器――ZD。此连接器的制造商是Tyco Electronic Packaging Corporation (Tyco) 和 ERNI Group of Companies (ERNI)。ZD连接器是针对满足高速差分信号而设计的，针脚外观视图是两根差分信号针位于一锹状屏蔽层内。ZD 配对连接器ZD 配对连接器
ZD连接器的一对具有锹状屏蔽层的差分针脚有效减小了标准针脚以及针穴互连的相互影响。PICMG的仿真结果表明ZD可以完全满足3.125GHz 信号传输，甚至将来可以把信号频率提得更高。另外值得说明的是1个ATCA单板可以依照其连接（双星型或全网状）需求使用1到5个ZD连接器。
ATCA Fabric 接口信道是建立在LVDS(低压差分信号, Low Voltage Differential Signaling )差分对 ( differential pairs) 基础之上，电气特性需求是建立在3.125GHz SERDES 信号基础之上。数据编码使用8b/10b 编码机制 , 并指定交流电信号对接以防止直流电逻辑层面上的数据传输的干扰。ATCA中两个板子的最小连接单元称作通路(channel)，一个通路(channel) 由4个埠 (port) 组成，每个埠(port) 又由两对差分信号(differential pair) 组成，构成了ATCA Fabric 接口的最小连接单元。端口的两对差分信号被映像成一收一发的传输模式。ATCA Fabric 接口ATCA Fabric 接口 差分对(differential pair)、埠(port)、通路(channel)的ZD 针脚映像
在典型的编码机制下，一个埠可支持5Gb/s全双工的数据传输速率，也就是一个通路支持20GB/s全双工的数据传输。
ATCA 规范制定各个单板之间有一个通路连接，当3.0规范最初制定时，通路被认为只是支持单一的传输协议如以太网。在这种架构中通路只是最小的连接单位。随着PICMG 3.1的演进，规范制定组织开始讨论在一个通路中使用多种传输协议的可能性，最终大家统一最小的连接单元是端口(port) 而不是通路 (channel) ，此项决定允许PICMG 3.1 组织把光纤信道连接加入到定义以太网连接的章节中。PICMG 3.1规范是一个很好的范例描述一个信道中的端口如何被使用来支持不同的传输协议。
由上表可见，一个PICMG3.1构架的机箱可支持9中不同的配置模式，可为各种应用提供定制Fabric 接口通路的选择。在上面的范例中，PICMG 3.1在一个通路中混合光纤信道和以太网口。AdvancedTCA规范还允许迥异的协议共存于一个通路中，超越了PICMG 3.1规范所定义的内容。AdvancedTCA支持OEM自定协议，允许在一个通路中除了PICMG 3.x协议之外，可以混合其它多种OEM协议。下面的例子描述了在一个通路中4个端口分别用于支持PICMG 3.1, PICMG3.2 和 一个 OEM 协议。
一个通路中的规范
多种ATCA子规范一个通路中包含多种ATCA子规范
必须了解一个概念―只有两个单板之间的Fabric接口互联才是所谓的通路。需要支持多种协议的应用要嘛得选择针对每个槽位分割协议，要嘛就把多种协议混合在一个通路中。对于Fabric 接口，一个重要的组件是电子钥匙(Electronic Keying)，ATCA标准针对Fabric接口定义了电气特性要求，以便于单板上运行的以太网，InfiniBand，星型结构(StarFabric)，PCI Express 或者其它OEM协议都可以在电气上做到兼容。也就是说所有协议使用的电压等级都是相同的，这样的话当一个以太网单板插入机箱时，如果以太网口的另一端跑的是一个OEM 协议时，这块单板不会损坏。电子钥匙的职能是当已经确认端口的两端是相互兼容的协议时，才允许端口的资料流通。AdvancedTCA Fabric接口AdvancedTCA Fabric接口是针对为下一代计算平台提供相应流量带宽而设计的架构。全网状连结( full mesh) 的AdvancedTCA 机箱可以提供3.125GHz 信号 在 8b/10b 编码模式下高达2.1Tb/s的数据传输。同时能够在一个通路中的多个端口中支持多种不同的传输协议，使得应用架构设计者可以针对应用的特定需求自行定制数据传输方式。加之电子钥匙使得两端中具有兼容协议的端口能开启并匹配工作，ATCA子系列规范定义了端口可以使用的传输协议。AdvancedTCA的使用者需要对单板上所使用的Fabric 接口需求给予额外关注以确保当电源开关打开时，整个系统能够工作。了解Fabric接口是成功购买及使用AdvancedTCA的关键。