Марк Овергаард, Pentair Electronics Protection

Стандарт ATCA (Advanced Telecommunications Computing Architecture) был принят в конце 2002 года. С тех пор в мире были реализованы миллионы ATCA-совместимых устройств на миллиарды долларов. Основная часть этих устройств была востребована индустрией телекоммуникаций. Однако область применения этого стандарта не исчерпывается одним лишь телекомом – есть и другие приложения, которые, несомненно, только выигрывают от использования архитектурных достоинств ATCA.

Что представляет собой уровень управления аппаратной платформой (HPM – Hardware Platform Management) в архитектуре ATCA? Вот краткий обзор основных элементов и функций в архитектуре ATCA HPM:

– Управляющий модуль шасси (Shelf Manager) (с возможным горячим резервированием) в каждом шасси для наблюдения и управления функционированием одного шасси, а также для представления этого шасси на более высоких уровнях управления.

– Логический Системный менеджер (System Manager) – это более высокий уровень управления в рамках архитектуры ATCA для организации работы одного или нескольких (возможно, десятков или сотен) шасси на предприятии.

– Локальные управляющие контроллеры (MC – Management Controller), встроенные в каждый (установленный в шасси) динамически сменный модуль (FRU – Field-Replaceable Unit) с поддержкой управления аппаратной платформой, которые представляют соответствующий FRU на более высоком уровне управления. Например, контроллеры IPMC (один из типов локальных управляющих контроллеров) представляют ATCA- платы или другие динамически сменные модули (FRU) для Управляющего модуля шасси. В то же время, модули MMC представляют модули AMC (другой тип локальных управляющих контроллеров) для соответствующего контроллера IPMC на той ATCA-плате, где установлены данные AMC-модули.

– Дублированная шина Intelligent Platform Management Bus (IPMB-0, на основе I²C) для связи между Управляющим модулем шасси и контроллерами IPMC, которые управляют динамически сменными модулями (FRU) этого шасси.

– Дублированное Ethernet-соединение для связи между платами и внешними ресурсами, предназначенное для общего контроля и управления, включая взаимодействие между Системным менеджером и Управляющим модулем шасси.

Рис. 1. Архитектура ATCA HPM и основные спецификации

На рис. 1 показано, что Системный менеджер (System Manager) может включать в себя приложения на базе интерфейса HPI (Hardware Platform Interface). Это дополнительный API-интерфейс, который был разработан консорциумом Service Availability Forum. HPI часто используется в системах ATCA в качестве интерфейса между Системным менеджером и Управляющими модулями тех шасси, которые контролирует данный Системный менеджер. Для поддержки таких конфигураций Управляющий модуль шасси может включать в себя встроенный HPI-сервер.

Также на рис. 1 представлены основные спецификации, которые определяют ATCA и связанные с ними конфигурации. Комплект спецификаций PICMG 3.x определяет общую структуру, в том числе и аспекты управления аппаратной платформой HPM. Группа спецификаций AMC.x описывает модули AMC, которые поддерживают «горячую замену», в том числе и соответствующий HPM-уровень. В архитектуре MicroTCA модули AMC вставляются непосредственно в шасси. Эта архитектура описывается в спецификациях MTCA.x, причём управление аппаратной платформой (HPM) в данном случае основано на стандарте ATCA.

Набор спецификаций HPM.x определяет специфические возможности управления аппаратной платформой (HPM), включая обновление встроенного программного обеспечения и контроллеры IPMC, подключаемые через локальную сеть (LAN). Последняя функция позволяет контроллерам IPMC связываться напрямую по стандартному базовому ATCA Ethernet-интерфейсу в дополнение к шине IPMB-0, что обеспечивает более высокую производительность линии связи для управления (как правило, совместно с другими видами использования Ethernet-соединения).

Одна из конфигураций, основанных на ATCA HPM и отличных от PICMG, – это ANSI/VITA 46.11, системная архитектура для подключения модулей в стандарте VPX, широко используемая во встраиваемых системах для ответственных применений. Заимствуя общую архитектуру и многие аспекты ATCA HPM, стандарт VITA 46.11 ключевым образом адаптирует ATCA HPM к конкретным потребностям VPX-сообщества. Например, ни VPX, ни VITA 46.11 не поддерживают «горячую замену» модулей в работающем шасси. В настоящее время спецификация VITA 46.11 активно распространяется в растущей экосистеме VPX.

Как можно использовать ATCA HPM в настоящее время

Вариант 1: напрямую, как есть, использовать в своём проекте базовые стандартные возможности архитектуры ATCA. Высокая производительность и надёжность, высокая готовность и удобства управления в архитектуре ATCA и HPM прекрасно зарекомендовали себя во многих современных приложениях, например для военных линий связи. На основе платформы ATCA построена корабельная и дополняющая её наземная IT-инфраструктура ВМС США. В настоящее время она находится на этапе развёртывания и уже работает на десятках морских кораблей, с потенциалом развёртывания на сотнях судов. В рамках этой программы заключены контракты на миллиарды долларов.

Управление станками для производства полупроводниковых пластин, обеспечение работы серверных систем кабельного телевидения и подсистем безопасности для корпоративных сетей связи – всё это области, в которых возможности архитектуры ATCA отвечают основным потребностям рынка.

Ещё одна сфера активного внедрения решений на платформе ATCA – прикладная физика высоких энергий. Для экспериментов в этой области требуются массивные инструментальные комплексы протяжённостью в несколько километров. Решающее значение для достижения успеха в этом деле имеет высокая готовность, обеспеченная архитектурой ATCA (и также MicroTCA). В спецификации PICMG 3.8 стандартизируются основные расширения ATCA для прикладной физики высоких энергий, в то время как MTCA.4 и MTCA.4.1 играют ту же роль для MicroTCA.

Обширная ATCA-экосистема шасси, плат (другое используемое название – блэйды, лезвия), а также сопутствующих компонентов, предоставляет поистине широкие возможности выбора аппаратуры для новых проектов.

Вариант 2: адаптация и расширение возможностей архитектуры ATCA для удовлетворения конкретных потребностей вашего проекта. Один из ярких примеров такого подхода – Juniper (ранее BTI Systems) 7800 Series – облачная масштабируемая открытая сетевая платформа (более подробно описанная в зимнем выпуске журнала PICMG за 2013–2014 гг.). В данной архитектуре успешно поддерживается обратная совместимость с платами ATCA, а специальные слоты обладают важной дополнительной функциональностью, обеспечивающей высокоскоростную передачу данных.

На рис. 2 показано базовое техническое решение для контроллера IPMC на основе усовершенствованного процессора, разработанного ASPEED Technologies для управления сервером. Предлагаемая схема может быть использована как на совместимых с ATCA модулях FRU, так и в расширенных архитектурах, описанных выше. Это решение доступно в виде схематики, исходного кода встроенного ПО и пользовательской документации в любом из вариантов использования или адаптации ATCA, описанных в данной статье. (Дополнительная информация представлена в журнале PICMG за апрель 2016 года).

Рис. 2. Базовое техническое решение, предложенное Schroff Pigeon Point для ATCA-совместимых контроллеров IPMC