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建構(gòu)高可靠度（High Availability, HA）的CompactPCI系統(tǒng)

Jeff Munch 2003/04/04

English Version

將CompactPCI應(yīng)用于高可靠度的系統(tǒng)應(yīng)用上

　　多年來(lái)系統(tǒng)開發(fā)者已將PICMG 2.0 CompactPCI 規(guī)格應(yīng)用于各種可與高可靠度應(yīng)用兼容的系統(tǒng)上，隨著市場(chǎng)上對(duì)高可靠度的要求提高，CompactPCI系統(tǒng)便隨之改進(jìn)以因應(yīng)新的挑戰(zhàn)，而不再是原本簡(jiǎn)單的總線架構(gòu)。圖1顯示第一代典型的CompactPCI 架構(gòu)。

　　PICMG 2.0 CompactPCI系統(tǒng)是由一組或多組CompactPCI 總線所組成，每個(gè)總線最多可達(dá)8個(gè)CompactPCI板卡插槽，其中包含一個(gè)系統(tǒng)插槽（system slot）與最多達(dá)7個(gè)外圍插槽（peripheral slot）。PCI總線是作為該總線內(nèi)插槽之間的主要通訊途徑，在這個(gè)架構(gòu)下，PCI總線與系統(tǒng)插槽是一個(gè)可能的故障單點(diǎn)，故障的周邊插槽會(huì)讓整個(gè)PCI總線停止作用而阻礙了其它任一插槽之間的通訊。這種故障單點(diǎn)成為CompactPCI采用高可靠度應(yīng)用的一個(gè)主要障礙，早期的CompactPCI 高可靠度系統(tǒng)架構(gòu)必須克服PCI總線單點(diǎn)故障的限制，典型的解決方法則是添加第二個(gè)CompactPCI 總線且讓此二個(gè)總線的功能相同。圖2顯示雙CompactPCI 總線架構(gòu)的范例。

　　在圖2中，雙總線與雙系統(tǒng)插槽是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)CompactPCI架構(gòu)中被用以提供單點(diǎn)故障備援的解決方案。在雙總線架構(gòu)（Dual Segment）中，每個(gè)系統(tǒng)插槽都可控制PCI總線1與PCI總線2，透過(guò)備援系統(tǒng)插槽的提供，就可允許其中一個(gè)系統(tǒng)插槽的故障；同樣的道理亦可應(yīng)用在PCI總線的故障上，若故障發(fā)生于PCI總線1，則PCI總線2可以繼續(xù)處理作業(yè)。這種架構(gòu)的工程挑戰(zhàn)是很復(fù)雜的，系統(tǒng)插槽提供服務(wù)總線的時(shí)序（clock）、仲裁（arbitration）與阻斷（interrupt），其中一個(gè)系統(tǒng)插槽故障時(shí)會(huì)將該系統(tǒng)插槽的時(shí)序驅(qū)動(dòng)器、仲裁及阻斷控制器功能一并轉(zhuǎn)移到仍可作用中的另一系統(tǒng)插槽，然而，要得知總線的故障時(shí)間并在不阻礙整個(gè)系統(tǒng)的使用率之下，將系統(tǒng)工作移轉(zhuǎn)至另一備援系統(tǒng)是相當(dāng)困難的。在1999年，PICMG協(xié)會(huì)組了一個(gè)小組委員會(huì)，任務(wù)是將備援系統(tǒng)插槽的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化，然PICMG 2.13備援系統(tǒng)插槽規(guī)格卻在三年后被廢棄不用，PICMG 2.13是唯一未完成規(guī)格就被解散的小組委員會(huì)，其主要是因?yàn)閱?wèn)題的復(fù)雜性與相對(duì)應(yīng)的解決方案因素。毫無(wú)疑問(wèn)地，CompactPCI中的備援系統(tǒng)插槽可以用來(lái)增加系統(tǒng)的可靠度，但卻受限于高昂的成本與高度復(fù)雜性而阻礙其發(fā)展，此外，提供這種架構(gòu)的廠商其所銷售的產(chǎn)品皆屬專屬性方案（proprietary solutions），而非基于開放架構(gòu)（open architecture）的產(chǎn)品。

在CompactPCI 加入IP數(shù)據(jù)的傳輸

　　在2001年9月，PICMG協(xié)會(huì)核準(zhǔn)PICMG 2.16 封包交換背板（Packet Switched Backplane）規(guī)格，本規(guī)格對(duì)于在一個(gè)CompactPCI架構(gòu)里外圍插槽（peripheral slots）與光纖插槽（fabric slots）之間10/100/1000Mbit Ethernet的互聯(lián)做了詳細(xì)定義。光纖插槽是相互備援的，PICMG2.16兼容系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于多種用途上，Ethernet互聯(lián)與IP數(shù)據(jù)傳輸需求的普遍特性促使系統(tǒng)提供者廣泛采用此規(guī)格。圖3顯示典型的PICMG2.0與2.16架構(gòu)。

　　在 PICMG 2.16 兼容系統(tǒng)中，IP數(shù)據(jù)傳輸可以作為系統(tǒng)內(nèi)的主要通訊頻道，這種通訊途徑皆有備援聯(lián)機(jī)到備援光纖插槽，PICMG 2.16規(guī)格可避免系統(tǒng)工作一起使用CompactPCI 總線，并在不增加系統(tǒng)成本的情況下增加系統(tǒng)可靠度。PICMG2.16兼容系統(tǒng)是自動(dòng)備援的，不會(huì)產(chǎn)生單點(diǎn)故障。Ethernet光纖（Ethernet fabric）是下一代電信應(yīng)用里處理封包數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N便利方法。

　　高可靠度CompactPCI 系統(tǒng)的下一步發(fā)展將是去除系統(tǒng)插槽（system slot）；因?yàn)閼?yīng)用程序利用現(xiàn)今系統(tǒng)的IP互聯(lián)，PCI總線逐漸成為派不上用場(chǎng)的費(fèi)用。PICMG協(xié)會(huì)現(xiàn)正進(jìn)行CompactTCA的規(guī)格制訂，CompactTCA規(guī)格可望結(jié)合AdvancedTCA（PICMG 3.0）所定義的系統(tǒng)管理能力、PICMG 2.0所定義的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱（Form Factor）及PICMG 2.16所定義的數(shù)據(jù)傳輸。這種架構(gòu)將不包含PCI總線，在此架構(gòu)下的系統(tǒng)將能夠支持24個(gè)外圍插槽與2個(gè)光纖插槽。摒除PCI總線將可降低CompactPCI 系統(tǒng)所使用的電路板成本、降低提供備援系統(tǒng)插槽（system slot）的復(fù)雜性，以及增加插槽總數(shù)。圖4顯示可能的CompactTCA系統(tǒng)范例。

總結(jié)

　　PICMG 2.16封包交換背板（Packet Switched Backplane）規(guī)格是改善現(xiàn)今系統(tǒng)可靠度的可行方案之一法，排除第一代CompactPCI系統(tǒng)的單點(diǎn)故障與增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫湓�，以提�?個(gè)9 （5 NINES，也就是99.999%）可靠度所需的基礎(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需注意到很多廠商提供的產(chǎn)品是專屬性（proprietary）的外圍備援系統(tǒng)架構(gòu)，這些封閉式的架構(gòu)系統(tǒng)無(wú)法受益于目前的CompactPCI 開放式經(jīng)濟(jì)效益，可以確定的是使用PICMG 2.16 封包交換背板（Packet Switched Backplane）規(guī)格的CompactPCI 系統(tǒng)不但可提供5個(gè)9（5 NINES）可靠度要求所需的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸與備援，更可提供邁向未來(lái)技術(shù)之路。

凌華科技供稿 CTI論壇編輯