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

Jeff Munch 2003/04/04

English Version

將CompactPCI應用于高可靠度的系統應用上

　　多年來(lái)系統開(kāi)發(fā)者已將PICMG 2.0 CompactPCI 規格應用于各種可與高可靠度應用兼容的系統上，隨著(zhù)市場(chǎng)上對高可靠度的要求提高，CompactPCI系統便隨之改進(jìn)以因應新的挑戰，而不再是原本簡(jiǎn)單的總線(xiàn)架構。圖1顯示第一代典型的CompactPCI 架構。

　　PICMG 2.0 CompactPCI系統是由一組或多組CompactPCI 總線(xiàn)所組成，每個(gè)總線(xiàn)最多可達8個(gè)CompactPCI板卡插槽，其中包含一個(gè)系統插槽（system slot）與最多達7個(gè)外圍插槽（peripheral slot）。PCI總線(xiàn)是作為該總線(xiàn)內插槽之間的主要通訊途徑，在這個(gè)架構下，PCI總線(xiàn)與系統插槽是一個(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(xiàn)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采用高可靠度應用的一個(gè)主要障礙，早期的CompactPCI 高可靠度系統架構必須克服PCI總線(xiàn)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(xiàn)且讓此二個(gè)總線(xiàn)的功能相同。圖2顯示雙CompactPCI 總線(xiàn)架構的范例。

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

在CompactPCI 加入IP數據的傳輸

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

　　在 PICMG 2.16 兼容系統中，IP數據傳輸可以作為系統內的主要通訊頻道，這種通訊途徑皆有備援聯(lián)機到備援光纖插槽，PICMG 2.16規格可避免系統工作一起使用CompactPCI 總線(xiàn)，并在不增加系統成本的情況下增加系統可靠度。PICMG2.16兼容系統是自動(dòng)備援的，不會(huì )產(chǎn)生單點(diǎn)故障。Ethernet光纖（Ethernet fabric）是下一代電信應用里處理封包數據傳輸的一種便利方法。

　　高可靠度CompactPCI 系統的下一步發(fā)展將是去除系統插槽（system slot）；因為應用程序利用現今系統的IP互聯(lián)，PCI總線(xiàn)逐漸成為派不上用場(chǎng)的費用。PICMG協(xié)會(huì )現正進(jìn)行CompactTCA的規格制訂，CompactTCA規格可望結合AdvancedTCA（PICMG 3.0）所定義的系統管理能力、PICMG 2.0所定義的標準機箱（Form Factor）及PICMG 2.16所定義的數據傳輸。這種架構將不包含PCI總線(xiàn)，在此架構下的系統將能夠支持24個(gè)外圍插槽與2個(gè)光纖插槽。摒除PCI總線(xiàn)將可降低CompactPCI 系統所使用的電路板成本、降低提供備援系統插槽（system slot）的復雜性，以及增加插槽總數。圖4顯示可能的CompactTCA系統范例。

總結

　　PICMG 2.16封包交換背板（Packet Switched Backplane）規格是改善現今系統可靠度的可行方案之一法，排除第一代CompactPCI系統的單點(diǎn)故障與增加數據傳輸的備援，以提供5個(gè)9 （5 NINES，也就是99.999%）可靠度所需的基礎。系統設計師需注意到很多廠(chǎng)商提供的產(chǎn)品是專(zhuān)屬性（proprietary）的外圍備援系統架構，這些封閉式的架構系統無(wú)法受益于目前的CompactPCI 開(kāi)放式經(jīng)濟效益，可以確定的是使用PICMG 2.16 封包交換背板（Packet Switched Backplane）規格的CompactPCI 系統不但可提供5個(gè)9（5 NINES）可靠度要求所需的點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸與備援，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