هندسة الحوسبة المتقدمة للاتصالات

تُعدّ بنية الحوسبة المتقدمة للاتصالات ^{[ 1 ]} ( ATCA أو AdvancedTCA ) أكبر جهدٍ في مجال المواصفات في تاريخ مجموعة مصنعي الحواسيب الصناعية PCI (PICMG)، بمشاركة أكثر من 100 شركة. وقد اعتُمدت المواصفة الرسمية AdvancedTCA، PICMG 3.x ( انظر أدناه)، من قِبل منظمة PICMG في ديسمبر 2002. ^{[ 2 ]} تستهدف AdvancedTCA في المقام الأول متطلبات معدات الاتصالات " ذات الجودة العالية "، ولكنها وسّعت نطاقها مؤخرًا ليشمل تطبيقات أكثر متانة موجهة نحو الصناعات العسكرية والفضائية أيضًا. ^{[ 3 ]} تتضمن هذه السلسلة من المواصفات أحدث التوجهات في تقنيات الربط البيني عالية السرعة، ومعالجات الجيل التالي، وتحسينات في الموثوقية والتوافر وسهولة الصيانة (RAS).

يبلغ عمق لوحة AdvancedTCA (الشفرة) 280  مم وارتفاعها 322  مم. تحتوي اللوحات على لوحة أمامية معدنية وغطاء معدني في أسفل لوحة الدوائر المطبوعة للحد من التداخل الكهرومغناطيسي ومنع انتشار الحريق. يقوم مقبض الحقن/الإخراج القابل للقفل (الرافعة) بتشغيل مفتاح صغير لإعلام وحدة التحكم الذكية لإدارة المنصة (IPMC) برغبة المشغل في إزالة اللوحة، أو بتركيبها حديثًا، مما يؤدي إلى تفعيل إجراء التبديل السريع. تدعم لوحات AdvancedTCA استخدام بطاقات التوسعة PCI Mezzanine Card (PMC) أو Advanced Mezzanine Card (AMC).

يدعم الرف وحدات التحويل الخلفية (RTMs). تُوصل وحدات التحويل الخلفية بالجزء الخلفي من الرف في فتحات تتوافق مع اللوحات الأمامية. وترتبط وحدة التحويل الخلفية واللوحة الأمامية عبر موصل المنطقة 3. لم يُحدد موصل المنطقة 3 في مواصفات AdvancedTCA.

يبلغ عرض كل فتحة في الرف 30.48  مم. يسمح هذا بتركيب هياكل تتسع لـ 14 لوحة في نظام قابل للتركيب في رفوف قياس 19 بوصة ، و16 لوحة في نظام قابل للتركيب في رفوف ETSI . يتكون النظام النموذجي ذو الـ 14 فتحة من 12 أو 13 وحدة رف . صُممت رفوف AdvancedTCA الكبيرة خصيصًا لسوق الاتصالات ، لذا يمر تدفق الهواء من مقدمة الرف، ويعبر اللوحات من الأسفل إلى الأعلى، ثم يخرج من الجزء الخلفي للرف. أما الرفوف الأصغر المستخدمة في تطبيقات المؤسسات، فعادةً ما يكون تدفق الهواء فيها أفقيًا.

تستهدف رفوف AdvancedTCA الصغيرة والمتوسطة الحجم سوق الاتصالات؛ أما بالنسبة لعمليات البحث المختبري، فإن بعض الرفوف لها غطاء مفتوح لتسهيل الاختبار.

توفر لوحة التوصيل الخلفية AdvancedTCA اتصالات مباشرة بين اللوحات دون استخدام ناقل بيانات. تنقسم لوحة التوصيل الخلفية إلى ثلاثة أقسام: المنطقة 1، والمنطقة 2، والمنطقة 3. توفر الموصلات في المنطقة 1  طاقة احتياطية بجهد -48 فولت تيار مستمر وإشارات إدارة الرفوف للوحات. أما الموصلات في المنطقة 2 فتُوفر الاتصالات بواجهة القاعدة وواجهة النسيج. تستخدم جميع اتصالات النسيج إشارات تفاضلية مباشرة بمقاومة 100 أوم. تُسمى المنطقة 2 "مستقلة عن النسيج"، ما يعني أنه يمكن استخدام أي نسيج يدعم الإشارات التفاضلية بمقاومة 100 أوم مع لوحة التوصيل الخلفية AdvancedTCA. ^{[ 4 ]}

تُحدد موصلات المنطقة 3 من قِبل المستخدم، وتُستخدم عادةً لتوصيل اللوحة الأمامية بوحدة التحويل الخلفية. كما يمكن أن تحتوي المنطقة 3 على لوحة خلفية خاصة لربط اللوحات ذات الإشارات غير المحددة في مواصفات AdvancedTCA.

تستخدم مواصفات AdvancedTCA Fabric الفتحات المنطقية لوصف الوصلات البينية. تُركّب لوحات تبديل الشبكة في الفتحتين المنطقيتين 1 و2. ويحق لمصنّع الهيكل تحديد العلاقة بين الفتحات المنطقية والفيزيائية فيه. تتضمن بيانات وحدات الاستبدال الميداني (FRU) الخاصة بالهيكل جدول عناوين يصف العلاقة بين الفتحات المنطقية والفيزيائية.

تتواصل وحدات إدارة الرفوف مع كل لوحة ووحدة FRU في الهيكل باستخدام بروتوكولات IPMI ( واجهة إدارة النظام الأساسي الذكية ) التي تعمل على ناقلات I²C الزائدة على موصلات المنطقة 1.

تُعدّ واجهة القاعدة هي البنية الأساسية على موصلات المنطقة الثانية، وتُخصّص أربعة أزواج تفاضلية لكل قناة أساسية. وهي مُوصّلة على شكل نجمة مزدوجة مع فتحات محورية احتياطية في النواة. وتُستخدم عادةً لإدارة خارج النطاق، وتحميل البرامج الثابتة ، وبدء تشغيل نظام التشغيل، وما إلى ذلك.

تدعم واجهة النسيج على اللوحة الخلفية العديد من أنواع النسيج المختلفة، ويمكن توصيلها بنمط النجمة المزدوجة، أو النجمة المزدوجة المزدوجة، أو الشبكة، أو الشبكة المتكررة، أو غيرها من البنى. وتخصص 8 أزواج تفاضلية لكل قناة نسيج، ويمكن تقسيم كل قناة إلى أربعة منافذ، كل منها مكون من زوجين. تُستخدم واجهة النسيج عادةً لنقل البيانات بين اللوحات والشبكة الخارجية.

تقوم واجهة ساعة التزامن بتوجيه إشارات ساعة MLVDS (إشارات تفاضلية متعددة النقاط منخفضة الجهد) عبر عدة ناقلات 130 أوم. تُستخدم الساعات عادةً لمزامنة واجهات الاتصالات.

تُعدّ واجهة قناة التحديث مجموعة من عشرة أزواج من الإشارات التفاضلية التي تربط بين فتحتين. وتعتمد الفتحات التي يتم ربطها على تصميم اللوحة الخلفية. وتُستخدم هذه الإشارات عادةً لربط لوحتي توزيع، أو لوحتي معالج احتياطيتين.

لا يمكن أن تكون واجهة الاتصال الأساسية إلا من نوع 10BASE-T أو 100BASE-TX أو 1000BASE-T إيثرنت . وبما أن جميع اللوحات والموزعات مُلزمة بدعم إحدى هذه الواجهات، فإن الاتصال الشبكي باللوحات يكون دائمًا قائمًا.

تُستخدم عادةً تقنية SerDes Gigabit Ethernet في بنية الشبكة ، ولكن يمكن أن تكون أيضًا Fibre Channel أو XAUI 10-Gigabit Ethernet أو InfiniBand أو PCI Express أو Serial RapidIO . ويمكن استخدام أي بنية شبكة تدعم إشارات 100 أوم التفاضلية من نقطة إلى نقطة مع لوحة توصيل خلفية AdvancedTCA.

تمت مراجعة مواصفات PICMG 3.1 Ethernet / Fibre Channel لتشمل إشارات IEEE 100GBASE-KR4 إلى إشارات IEEE 40GBASE-KR4 و 10GBASE-KX4 و 10GBASE -KR و XAUI الحالية .

يمكن أن تكون شفرات AdvancedTCA عبارة عن معالجات، ومفاتيح، وحوامل AMC، وما إلى ذلك. سيحتوي الرف النموذجي على شفرة مفتاح واحدة أو أكثر وعدة شفرات معالج.

عند إدخالها لأول مرة في الرف، يتم تزويد وحدة التحكم IPMC المدمجة بالطاقة من مصدر الطاقة الاحتياطي -48  فولت الموجود على اللوحة الخلفية. ترسل وحدة التحكم IPMC رسالة حدث IPMI إلى مدير الرف لإعلامه بتثبيتها. يقرأ مدير الرف المعلومات من الشفرة ويحدد ما إذا كانت الطاقة كافية. في حال توفرها، يرسل مدير الرف أمرًا إلى وحدة التحكم IPMC لتشغيل جزء الحمولة من الشفرة. كما يحدد مدير الرف منافذ النسيج التي تدعمها الشفرة. ثم يفحص معلومات توصيل النسيج للوحة الخلفية لمعرفة منافذ النسيج الموجودة على الطرف الآخر من توصيلات النسيج. إذا تطابقت منافذ النسيج على طرفي أسلاك اللوحة الخلفية، فإنه يرسل أمر IPMI إلى كلتا الشفرتين لتفعيل المنافذ المتطابقة.

بمجرد تشغيل الشفرة وتوصيلها بالأقمشة، يستمع نظام إدارة الرفوف إلى رسائل الأحداث من المستشعرات الموجودة على الشفرة. إذا أبلغ مستشعر درجة الحرارة عن ارتفاع درجة الحرارة، فسيزيد نظام إدارة الرفوف من سرعة المراوح.

تحتوي بيانات FRU الموجودة في اللوحة على معلومات وصفية مثل الشركة المصنعة ورقم الطراز والرقم التسلسلي وتاريخ التصنيع والمراجعة وما إلى ذلك . ويمكن قراءة هذه المعلومات عن بعد لإجراء جرد للشفرات الموجودة على الرف.

يراقب مدير الرفوف ويتحكم في اللوحات (الشفرات) ووحدات الاستبدال الميداني (FRU) الموجودة في الرف. في حال رصد أي مستشعر مشكلة، يمكن لمدير الرفوف اتخاذ إجراء أو إبلاغ مدير النظام بالمشكلة. قد يكون هذا الإجراء بسيطًا، مثل زيادة سرعة المراوح، أو أكثر جذرية، مثل إيقاف تشغيل إحدى اللوحات. تحتوي كل لوحة ووحدة استبدال ميداني على معلومات جرد (بيانات FRU) يمكن لمدير الرفوف استرجاعها. يستخدم مدير الرفوف بيانات FRU لتحديد ما إذا كانت الطاقة المتاحة كافية للوحة أو وحدة الاستبدال الميداني، وما إذا كانت منافذ الربط بين اللوحات متوافقة. كما تكشف بيانات FRU عن ​​الشركة المصنعة، وتاريخ التصنيع، ورقم الطراز، والرقم التسلسلي، وعلامة الأصل.

تحتوي كل شفرة ووحدة استبدال ميدانية ذكية ووحدة إدارة رفوف على وحدة تحكم ذكية لإدارة المنصة (IPMC). تتواصل وحدة إدارة الرفوف مع اللوحات ووحدات الاستبدال الميدانية الذكية باستخدام بروتوكولات IPMI التي تعمل على ناقلات I²C احتياطية . تتضمن بروتوكولات IPMI مجموعات التحقق من الحزم لضمان موثوقية نقل البيانات. من الممكن أيضًا إدارة وحدات الاستبدال الميدانية غير الذكية بواسطة وحدات استبدال ميدانية ذكية. تُسمى هذه الوحدات بوحدات الاستبدال الميدانية المُدارة، وتتمتع بنفس إمكانيات وحدات الاستبدال الميدانية الذكية.

يتم الربط بين مدير الرفوف واللوحات عبر زوج من ناقلات إدارة المنصة الذكية (IPMBs) الاحتياطية. يمكن أن يكون تصميم ناقل إدارة المنصة الذكية عبارة عن زوج من الناقلات (ناقل إدارة المنصة الذكية المدمج) أو زوج من الوصلات الشعاعية (ناقل إدارة المنصة الذكية الشعاعي). تتضمن تطبيقات ناقل إدارة المنصة الذكية الشعاعي عادةً إمكانية عزل وصلات ناقل إدارة المنصة الذكية الفردية لتحسين الموثوقية في حالة حدوث عطل في ناقل إدارة المنصة الذكية.

يتواصل مدير الرفوف مع الجهات الخارجية باستخدام بروتوكولات RMCP (IPMI عبر TCP/IP) و HTTP و SNMP عبر شبكة إيثرنت . يدعم بعض مديري الرفوف واجهة منصة الأجهزة ، وهي مواصفة فنية محددة من قبل منتدى توافر الخدمة .

تم تشكيل مجموعتي عمل جديدتين لتكييف برنامج ATCA مع المتطلبات المحددة لأبحاث الفيزياء.

• مجموعة العمل الأولى: مجموعة عمل الفيزياء xTCA للإدخال/الإخراج والتوقيت والمزامنة

ستحدد مجموعة العمل الأولى (WG1) منافذ الإدخال/الإخراج الخلفية لوحدات AMC ومكونًا جديدًا يُسمى μRTM. ستُضاف تعديلات إلى مواصفات μTCA Shelf لاستيعاب μRTM، وإلى مواصفات ATCA لاستيعاب منافذ الإدخال/الإخراج الخلفية لوحدة AMC الخاصة بناقل ATCA RTM. سيتم تحديد خطوط الإشارة لاستخدامها كساعات وبوابات ومحفزات شائعة الاستخدام في أنظمة جمع البيانات الفيزيائية.

• مجموعة العمل الثانية: مجموعة عمل هندسة وبروتوكولات برمجيات xTCA الفيزيائية

ستقوم المجموعة العاملة الثانية بتحديد مجموعة مشتركة من بنى البرمجيات والبنية التحتية الداعمة لتسهيل قابلية التشغيل البيني وقابلية نقل كل من وحدات الأجهزة والبرامج بين التطبيقات المختلفة المطورة لمنصة الفيزياء xTCA والتي ستقلل من جهد التطوير والوقت اللازمين لبناء التجارب والأنظمة باستخدام تلك المنصة.

تم تشكيل فريق عمل لتوسيع نطاق اتفاقية ATCA لتشمل أسواقًا غير تابعة لقطاع الاتصالات.

• PICMG 3.7 امتدادات ATCA للتطبيقات خارج المكتب المركزي للاتصالات

تتمثل أهداف مجموعة العمل الجديدة هذه في تحديد ميزات محسنة لدعم اللوحات ذات العرض المزدوج؛ وإضافة تحسينات لدعم لوحات الفتحة الواحدة بقدرة 600 واط ولوحات الفتحة المزدوجة بقدرة 800 واط؛ وإضافة دعم للأرفف ذات الجانبين مع لوحات كاملة الحجم موصولة بكل من الجزء الأمامي والخلفي للرف؛ وإضافة دعم لإشارات 10 جيجابت في الثانية على واجهة القاعدة.

• 3.0 هي المواصفات "الأساسية" أو "الجوهرية". تعريف AdvancedTCA وحده يُعرّف لوحة توصيل خلفية مستقلة عن نوع الشبكة ، ويمكن استخدامها مع أي من أنواع الشبكات المحددة في المواصفات التالية:
• 3.1 إيثرنت ( وقناة الألياف )
• 3.2 إنفينيباند
• 3.3 ستار فابريك
• 3.4 PCI Express (و PCI Express Advanced Switching)
• 3.5 RapidIO

• AdvancedMC - بطاقات توسعة لـ AdvancedTCA؛ ويمكن استخدامها أيضًا بشكل مستقل في أنظمة MicroTCA.
• AXIe - معيار جديد للأجهزة المعيارية تم إطلاقه رسميًا في نوفمبر 2009، استنادًا إلى معيار ATCA.
• VPX

• الموقع الرسمي لـ AdvancedTCA
• الموقع الرسمي لـ PICMG
• مشروع coreIPM: برنامج مجاني ومفتوح المصدر لإدارة منصات ATCA، مؤرشف بتاريخ 18 أغسطس 2020 على موقع Wayback Machine.
• مجلة أنظمة AdvancedTCA، مؤرشفة بتاريخ 5 فبراير 2006 على موقع Wayback Machine.