FASTBUS

FASTBUS (IEEE 960)  on tietokoneväylä- ja laatikkojärjestelmästandardi, jonka kehittäjät ovat suunnitellut korvaamaan aikaisemmat standardit, kuten CAMAC ja NIM . Nopeille tiedonkeruujärjestelmille suunniteltua FASTBUSia käytetään usein hiukkasilmaisintiedonkeruujärjestelmissä .

Historia

Tausta

FASTBUS suunniteltiin korvaamaan NIM ja CAMAC fysiikan kokeissa käytetyissä tiedonkeruujärjestelmissä . Kehityshetkellä molemmat aikaisemmat järjestelmät olivat jo laajasti käytössä - NIM pääasiassa Yhdysvalloissa ja Kanadassa, CAMAC - pääasiassa Euroopassa. Heidän kanssaan työskennellessään tutkijat tunnistivat useita puutteita, joista tuli syy uuteen kehitykseen. CAMACin rajoituksia olivat 1 MHz:n taajuudella toimivan tiedonsiirtoväylän pieni kaistanleveys, väylän pieni leveys (24-bittinen), alkuperäisen CAMAC-arkkitehtuurin suuntaus toimimaan yhden laatikon ohjaimen kanssa ja hankala viestintäjärjestelmä laatikoiden välillä CAMAC Branch Highway -mekanismin kautta. Lisäksi merkittävä virhe alkuperäisessä CAMAC-suunnittelussa oli väylän osoiteavaruuden rajoittaminen 4 bittiin, mikä mahdollisti vain 16 laiteosoitteen käytön laatikon sisällä [1] . Protokollan myöhempi kehittäminen useiden valmistajien toimesta mahdollisti osittain tämän ongelman kiertämisen, mutta aiheutti yhteensopivuusongelmia eri alkuperää olevien CAMAC-moduulien välillä.

NIM puolestaan ​​ei yksinkertaisesti soveltunut tiedonkeruutehtäviin, siinä olevien moduulien ohjaus oli sidottu virtalähteeseen, ei ollut standardoitua moduulien välistä viestintää.

Kehityksen alku

1970-luvun puolivälissä sekä yhteinen NIM/CAMAC-komitea että yleisesti korkean energian fysiikan parissa työskentelevien kokeellisten fyysikkojen yhteisö tulivat siihen tulokseen, että tulevat kokeet tällä alueella kärsivät väylän rajoitetun kaistanleveyden aiheuttamista teknisistä rajoituksista. ja sen arkkitehtuurin monimutkaisuus, mikä aiheuttaa ongelmia hajautetussa ja rinnakkaisessa tiedonkeruussa. Tämän seurauksena vuonna 1975, yhteisön jäsenten pyynnöstä, yhteinen NIM/CAMAC-komitea alkoi tutkia tätä ongelmaa ja muodosti tutkimusryhmän nimeltä NIM Advanced Systems Study Group . Tämä tutkimusryhmä edelsi FASTBUS-kehitystyöryhmää nimeltä NIM Fast System Design Group (FSDG) . Tämä ryhmä jakoi alustavat luonnokset FASTBUS-spesifikaatiosta tekniikan mahdollisille käyttäjille. FSDG:n työskentelyssä ovat alusta alkaen olleet aktiivisesti mukana ESONE European Committeen jäsenet , jotka työskentelivät pääasiassa CERNissä . He ovat antaneet merkittävän panoksen FASTBUS-standardin kehittämiseen. Myöhemmin useat ESONEen jäsenet ovat olleet mukana kehittämässä ja tarkistamassa FASTBUS-dokumentaatiota ja teknologian tekstiviestejä muodostaen ad hoc -työryhmän nimeltä ESONE Advanced Systems Design Group [2] vuorovaikutuksessa FSDG:n kanssa .

Yhteisen keskustelun tuloksena väylän leveys nostettiin 32 bittiin, sen rakentamiseen otettiin käyttöön nopein laajalti saatavilla oleva ECL-logiikka ja väylän taajuutta nostettiin. Tämän seurauksena väylän maksimiläpäisynopeus on nostettu 80 Mbit/s [1] . Niinä vuosina kehittäjien keskuudessa yleinen ajatus oli, että väylän kaistanleveyden maksimilisäys on tapa kasvattaa samanaikaisesti sen leveyttä ja samalla kellotaajuutta. Myöhemmin sarjatietorajapintojen asteittaisen leviämisen myötä tämä ajatus tunnustettiin umpikujaksi.

Standardointi

Pitkän komiteoissa käydyn keskustelun ja yhteisen NIM/CAMAC-komitean jäsenten, ESONEen jäsenten ja useiden eurooppalaisten, amerikkalaisten ja kanadalaisten tutkijoiden välisen työkirjeenvaihdon jälkeen NIM/CAMAC-komitea julkaisi standardin alkuperäisen version. asiakirja Yhdysvaltain energiaministeriön raportti DOE/ER-0189.

Ensimmäinen hyväksyntä IEEE 960 -standardiksi saatiin toukokuussa 1984. Standardin 960-1986 lopullinen versio: "IEEE Standard FASTBUS Modular High-Speed ​​​​Data Acquisition and Control System" hyväksyttiin vuonna 1986.

Tulevaisuudessa useat kehittäjät ja laitevalmistajat ehdottivat ja ottivat käyttöön omia standardin laajennuksia, mutta ne eivät enää käyneet läpi virallista standardointia länsimaisissa ja kansainvälisissä organisaatioissa.

Neuvostoliitossa ja Venäjällä

Neuvostoliitossa ja Venäjällä FASTBUS-standardointi suoritettiin GOST 34.340-91 FASTBUS-standardien muodossa. Modulaarinen nopea tiedonkeruujärjestelmä ja GOST 34.341-93 FASTBAS -standardirutiinit , julkaistu Kronid Erglisin tieteellisessä toimituksessa . Ensimmäisen standardin liitteenä julkaistiin kotimainen FASTBUS-laajennus, joka määrittelee pienet laatikot ja moduulit ( FASTBUS Extended ) [3] .

Hänen oman Kronid Ergliksen mukaan Venäjällä standardin käyttöönotto oli toivottoman myöhässä [1] . Tämän standardin kotimaisia ​​laitteita ei valmistettu massatuotantona, vaan kaikki kehitystyöt rajoittuivat koe-eriin, jotka oli tuotettu Neuvostoliiton ja sitten Venäjän kokeellisten fyysikkojen edun mukaisesti.

Vaikutukset, kehitystulokset ja nykyinen tilanne

FASTBUS-laitteita käytettiin monissa korkean energian fysiikan kokeissa 1980-luvulla, lähinnä laboratorioissa, jotka osallistuivat itse standardin kehittämiseen. Näiden tieteellisten laitosten luetteloon kuuluvat CERN , SLAC , Fermilab , Brookhaven National Laboratory ja Canadian National Laboratory TRIUMF .

FASTBUS-standardissa tällaisille järjestelmille määriteltiin ensimmäistä kertaa standardi mielivaltaisen konfiguraation omaavalle paikalliselle tietoverkolle, joka toimii loogisessa protokollassa, joka on yhteinen moduuleille, laatikoille ja verkolle, eli yhteinen tiedonsiirrolle erillinen tietokonejärjestelmä ja samojen järjestelmien välillä [1] . Näin ollen Fastbusia voidaan pitää ensimmäisenä täysin valmiina yhtenäisen modulaarisen väyläjärjestelmän standardina .

Lähetinsirujen suunnittelun luotettavuusongelmat, suunnitteluvaikeudet yksittäisten laitteiden kytkemisessä laajalla rinnakkaiskaapelilla ja laajan teollisuuden tuen puute ovat estäneet tämän järjestelmän täyden potentiaalin toteutumisen.

Seuraavat vaiheet tämän teknisen ajattelun alueen kehityksessä oli Scalable Coherent Interface -standardien kehittäminen , jonka toteutti osa FASTBUSin entisistä kehittäjistä ja vastaavanlainen kilpaileva standardi FASTBUS Futurebusin kanssa , yhdistettynä professorin johdolla. D. B. Gustavson [1] [4] . Itse FASTBUSin kehitys saatiin päätökseen, vaikka useat valmistajat julkaisivat omia laajennuksiaan.

Tällä hetkellä [5] FASTBUS-laitteita valmistavat edelleen monet yritykset, jotka suuntaavat tuotteitaan ensisijaisesti CERNin ja muiden vastaavien tutkimusorganisaatioiden fyysisiin kokeisiin käytettäväksi.

Järjestelmän kuvaus

Mitat ja asettelu

FASTBUS-teline on hieman korkeampi kuin muun tyyppiset aputelineet . FASTBUS-aputelineen virtalähde asennetaan yleensä itse aputelineen alle, ei sisäänrakennettuna.

FASTBUS-laatikko tukee jopa 26 moduulia. Standardi määrittelee eripaksuisia moduuleja - yksi-, kaksi-, kolmi- ja enintään kuusi. Paksummat moduulit ottavat vastaavan määrän paikkoja laatikossa ja peittävät taustalevyn lisäliittimet [6] .

Elektroniikka

FASTBUS käyttää pääasiallisena sähköstandardina ECL-logiikkaa , joka tarjoaa nopeamman toiminnan kuin TTL-logiikka ja luo vähemmän kohinaa kytkettäessä. Pulssirintamien kesto väylän yli tapahtuvan tiedonsiirron aikana pienenee kertoimella 10 verrattuna CAMACiin - jopa 10 ns [1] .

Kuitenkin myös TTL-logiikan ja NIM-logiikan voimajohdot on määritelty standardissa . -5,2, 0 ja -2 voltin syöttöjohtojen on oltava moduulien käytettävissä. Valinnaista toteutusta varten on määritelty voimalinjat +5, −2; +15 tai -15 volttia. Lisäksi kaksi +28V kiskoa voidaan lisätä analogisiin tehomoduuleihin, erikoislaitteisiin jne.

Jokainen laatikon moduuli voi kuluttaa jopa 70 wattia, laatikon kokonaiskuormitus on enintään 1750 wattia.

Väylä- ja verkkotason laite

FASTBUS-järjestelmä koostuu yhdestä tai useammasta segmentistä. Segmentit on jaettu laatikkosegmentteihin ja kaapelisegmentteihin. Segmentit yhdistetään segmenttien välisillä liittimillä (ne ovat myös segmentoijia, segmentti iterconnect, SI ). Puskuroivia segmentoijia ja segmentoijia lisäreitityslogiikalla on myös ehdotettu standardin laajennuksena.

Häkkisegmentti sisältää taustalevyn ja siihen asennetut moduulit, kaapelisegmentti sisältää mielivaltaisesti järjestettyjä laitteita, jotka on kytketty rinnakkaisiin 32-bittisiin väyläliittimiin.

Pienet järjestelmät voivat sisältää yhden tai useamman laatikkosegmentin, jotka on kytketty suoraan keskustietokoneeseen ilman segmentoijia.

Segmentit käyttävät 32-bittistä dataväylää, joka multipleksoi osoitteen ja tiedonsiirron samojen johtojen kautta. Moduuli voi toimia master - tai slave - tilassa . Yhdessä segmentissä voi toimia useita master-moduuleja. FASTBUS määrittää sovittelualgoritmin , kun useat isännät yrittävät siepata segmentin samanaikaisesti. Isäntämoduuli hallitsee tiedonsiirtoa segmentin yli itsenäisesti aloittaen ja lopettaen sen tai välittäen tarvittavat komennot orjamoduuleille. Tämä järjestelmä mahdollistaa kerättyjen tietojen erittäin nopean tuoton tiedonkeruujärjestelmään liittyvästä segmentistä . Jokainen isäntä-I/O-moduuli voi peräkkäin estää siirron, suorittaa väylän sieppauksen ja siirtää ohjauksen ketjun seuraavaan moduuliin lataamatta yleisprosessorin sisältävää ohjausmoduulia.

Järjestelmä tukee loogisia ja maantieteellisiä osoitteita. Ensimmäinen perustuu 32-bittisen loogisen osoitteen osoittamiseen laitteille, joka on voimassa paikallissegmentissä tai koko FASTBUS-verkossa, eikä se ole pakollinen moduulivalmistajille. Toinen perustuu osoitetun moduulin sijaintiin laatikossa ja on pakollinen [7] .

Ohjelmointirajapinnat

FASTBUS-standardi määrittelee vakiotietorakenteet ja joukon matalan tason API-kutsuja, jotka mahdollistavat väylän manipuloinnin mielivaltaisista korkean tason kielistä.

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Kronid Erglis. Avoimet modulaariset moniprosessoriset tiedon mittaus-ohjausjärjestelmät . Avoimet järjestelmät . Kustantaja "Open Systems" (16. tammikuuta 1995). Haettu 16. elokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 10. lokakuuta 2020. (Venäjän kieli)
2. ↑ Barsotti Edward J. "FASTBUS" - KUVAUS, TILARAPORTTI JA YHTEENVETO KÄYNNISSÄ OLEVISTA PROJEKTISTA (PDF). FNAL (1981). Haettu 16. elokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 27. helmikuuta 2021. (määrätön)
3. ↑ Extended BFB Logic Protocol sisältää IEC-julkaisun 935 koko FASTBAS-logiikkaprotokollan, jota on täydennetty muuttamalla osoitesanan pituutta 32-24-16 bitiksi ja hakemalla 16-bittisiä datapuolisanoja tai minkä tahansa neljästä datatavusta. Protokollan laajentaminen edellytti kolmen lisäohjauslinjan AM0, AM1 ja AM2 käyttöönottoa. Lisärivien ja -koodien käyttöönotto ei rikkonut FASTBAS-loogista protokollaa missään IEC-julkaisun 935 kappaleessa. - lainattu tekstissä Liite osavaltiostandardiin 01.7.1992 No. 34.340-91 Toteutus ttl-tason signaaleilla moduulikorteilla ja btl-tasoilla rungon crate-segmentissä - laajennettu fastbus-järjestelmä (rfb)
4. ↑ David B. Gustavson. Skaalautuva koherentti käyttöliittymä ja niihin liittyvät standardiprojektit (PDF). SLAC-julkaisu 5656 . Stanford Linear Accelerator Center (syyskuu 1991). Haettu 16. elokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 24. syyskuuta 2015. (määrätön)
5. ↑ 1.1.2019 alkaen
6. ↑ FASTBUSIN JOHDANTO (downlink) . FNAL. Haettu 21. syyskuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 23. syyskuuta 2013. (määrätön) 
7. ↑ GOST 34.340-91 (IEC 935) FASTBUS. Modulaarinen nopea tiedonkeruujärjestelmä. 1.2.4. maantieteellinen osoitus.