הפיתוחים של FMC תומכים בצורכי נתונים היסטוריים ושל הדור הבא

על אף ש- FMC חגג השנה את השנה העשירית לקיומו, הוא עדיין ממשיך לספק מגוון של יתרונות לאנשי הפיתוח של מערכות משובצות. יתרונות אלו כוללים מימוש ופרישה בני קיימא בטכנולוגיות חדשות. גם היציאה לשוק של FMC+ מספקת יכולות תכנון משופרות. ואולם, עם קצבי נתונים שעולים כל העת ועם ממדים שמתכווצים והולכים, נשאלת השאלה מדוע ממשיך FMC להיות פופולרי כל כך ומה הדבר שעזר לו להמשיך להתקיים במהלך השנים?

תמונה 1: כרטיס VITA 57.4, FMC+ Mezzanine עם
מחבר הרחבה אופציונל

בצד היכולת שלו לבטל את הסיכון הטמון בתכנונים, תוך כדי הפחתת עלויות של טכנולוגיית מערכי שערים מתוכנתים (FPGA), FMC איפשר את יצירתם של תכנונים יעילים יותר בתחום שוק המעגלים המשובצים. מערכי FGA, ששימשו לא פעם כפתרונות שמכילים הכל בפתרון אחד, ביטלו את הצורך בטכנולוגיית ASIC והקטינו את העלות של אלגוריתמי IP מותאמים אישית בסיליקון. אפילו במהלך עיבוד שבוצע לאחר העיבוד, מערכי FPGA איפשרו למהנדסים לשנות את הלוגיקה שלהם לאחר שהסיליקון היה מחובר במעגל. התוצאות עזרו ליצירה של אבי טיפוס יעילים יותר ויציאה מהירה יותר לשוק.

אחד היתרונות הגדולים ביותר של השימוש במערכי FPGA עלול להתגלות גם כאחד האתגרים הגדולים ביותר. כאשר הגמישות המגוונת של מערכי FPGA מופגשת עם הדרישות של משתמשי הקצה לקונפיגורציה מסוימת, תכנון מערך הצבת הרכיבים של הממשק עלול להיגרר עד אינסוף. בפני יצרנים של מערכות COTS עומד אתגר נוסף – לתכנן מוצר סטנדרטי שיענה לדרישות של החלק העיקרי של השוק. אם טכנולוגיית מערכי FPGA הייתה אמורה להיות מוצר שמתאים לשוק ההמוני תוך כדי כך שהיא עדיין מספקת מודולריות, הרי שנדרשה גישה שונה לפיתוח הסטנדרטי. בנקודת השיא של מתכנני מערכות ויצרני מחברים, לארגון התקינה VITA היו האמצעים לדחוף תקן כזה ו- FMC נולד עם VITA 57.1.

בעוד תקן FMC כבר קיים יותר מעשר שנים, הוא ממשיך להידרש עד מאוד על ידי מגוון יצרנים של מערכות COTS ומפתחים של מערכי FPGA כדוגמת Abaco ו- Xilinx. רבים מבין אלו שאימצו את FMC נמשכים לתכונות מסוימות שלו, כגון הגודל הקטן והאפשרות של המשתמש להגדיר את הפינים במחבר. FMC מאזן בין תכונות מועילות שמתוכננות לסייע למשתמש הקצה תוך שהוא מספק שלמות אותות כניסה/ יציאה (I/O) מבהירויות של עד 14 ג’יגה סיביות בשנייה.

הכוונה המקורית העומדת מאחורי FMC התגלתה כתערובת של גאונות בתכנון, מעורבת בצורך שנוצר בקהילת המערכות המשובצות.

שעה ש- FMC עדיין משמש מן המוכן בתכנונים עכשוויים וותיקים, לקצבי הנתונים הגדלים ולעקרונות של משפט Moore נדרש ממשק שיכול לעמוד בביצועים משופרים. התשובה הגיעה בצורת תקן VITA 57.4 FMC+ אשר קיבל אישור ופורסם על ידי ANSI ביולי 2018. תקן FMC+ תוכנן להתרחב לעומת התקן FMC שכבר היה פופולרי, תוך הימנעות מהקשיים הכרוכים במימוש בתוך מערכות קיימות.

תמונה VCU118 FPGA :2 עם כרטיס לולאה חוזרת
FMC )Loopback( + של Xilin

תקן FMC+ מספק ביצועים משופרים, קצבי נתונים מהירים יותר וI/ O נוספים תוך שימוש באותה עקבת מעגל כמו FMC. בתוספת לתאימות לאחור עם מערכות FMC המסורתיות, הפך תקן  FMC+להיות שיפור ללא מאמצים עבור כל איש פיתוח של מערכי FPGA שכבר משתמש ב- FMC.

שיפורים אלו נזקפים לזכות מערך מחברים חדש במהירות גבוהה שמוצע בתצורה של 14×40. בהשוואה ל- FMC המסורתי, תקן FMC+ מציע 160 פינים יותר, הוא מגדיל את ריבוי ממשקי gigabit מ- 10 ל- 24, והוא תומך במערכי GPGA בסיליקון המתקדמים ביותר עם קצבי נתונים של עד 28 ג’יגה באוד בכל כיוון. כהצעה נוספת, תקן FMC+ תומך גם בתוספת של מערך אופציונלי 4×20 שתומך בעד שמונה ממשקי gigabit מרובים שמגיעים ל- 32 מקמ”שי MGT.

תקן FMC+ אמור להיות דומה ל- FMC בשל העובדה שיאמצו אותו באופן נרחב בזכות הגודל הקטן שלו וגמישות התכנון שלו. אחת התכונות היעילות ביותר שבהן FMC+ מצויד היא התאימות שלו לאחור. היא מאפשרת לחבר ממשקי FMC mezzanine קודמים למעגלי FMC+. כתוצאה מכך, FMC+ הופך להיות בעל ערך רב עבור מתכנני מערכות שלא ישלטו בשני חצאי המחבר. כך מתאפשרת אינטגרציה חלקה של ממשקי mezzanine שונים בתוך התכנונים הקיימים שלהם.

כשטכנולוגיות FPGA משמשות בטווח רחב יותר, יישומי  FMC+ ממשיכים להתרחב. אמנם ייתכן שתקן  FMC+ ישמש בעיקר כטכנולוגיה שתאפשר הכל בדור הבא ליצירה ולפיתוח מהירים של אבי טיפוס, יהיו יישומים רבים אחרים שזמינים לפרישה של FMC+, במיוחד בהקשר של VITA.

אחד התקנים הפופולריים ביותר בתוך VITA, VPX, משתמש במגוון טכנולוגיות של VITA עם פרופילים של חיבור חריץ ומכלולי בסיס. אלו כוללים את FMC ו- FMC+. מודולי VPX הנתקעים מותאמים לעתים קרובות לצורכי כניסות ויציאות (I/O) מסוימים באמצעות כרטיסי mezzanine, ובכך מוסיפים ל- FMC+.

מעבר לעולם התוכן של תקני VITA, מערכות FMC ממשיכות לזכות במשיכה בכל היבט של חומרה משובצת. החל בתחנות חלל ועד תת מערכות מוקשחות הפרישה של FMC מספקת תכונות גמישות ואטרקטיביות לאלו שבונים ארכיטקטורות של מערכות שלמות כמו גם מוצרי מערכות COTS.

טכנולוגיות מבוססות מערכי FPGA אמורות גם להיות מאומצות בהתקני רדיו בהגדרת תוכנה, במערכות אופטיות, וביישומים מתקדמים של חיישנים/ מכ”ם. השיפורים שמוצעים על ידי FMC+ כגון תוספת של רוחב פס, ערוצים נוספים, ופתרון שלם יותר יהיו משותפים לכל התעשיות האלו. עם קצבי נתונים גבוהים יותר וגישה של עלות מול כדאיות, מפתחי מערכות יכולים להיות סמוכים ובטוחים שטכנולוגיית FMC+ תצטיין בתחומים אלו.

על אף הרשימה המתרחבת של הישגים שמתקבלים בתוך VITA, העבודה בתחומי משפחת תקני FMC טרם הושלמה. בתהליך נמצאים כמה פרוייקטים שימשיכו לשפר את תקן הפיתוח הזה שמשמש באופן נרחב.

תמונה 3: מערכת חיבורים פנימיים
FMC+ SEARAY של סמטק

על מנת ליצור סנכרון טוב יותר בין שני תקנים אלו, קבוצת העבודה הטכנית האחראית על FMC+ משלימה בימים אלו את המהדורה VITA 57.1 FMC. כל זאת בהתאמה להליך של ANSI שמיועד לאמת תקן מבחינת הדיוק מדי 5 שנים.

התוצאה של מאמצי מהדורת FMC הובילו לשיפור במספרים, בטבלאות ובמערך המסמכים הכללי. חלק מהשינויים המהותיים יותר כוללים את התוספת של זיכרון EEPROM מורחב כמו גם הרשאות למפתחי התקני FPGA לת”ר (RF) בקשר לשימוש בהארקה.

מרגע שתיקון זה יאושר ויאושרר על ידי ANSI, קבוצת העבודה הטכנית תפעיל את קבוצת המחקר VITA 57.5 שתפעל בכותרת “כלים פיסיים לסיוע בפיתוח FMC+ (Physical Tools to Aid FMC+ Development). פרויקט זה עומד לכלול את: מכלולים של כבלי FMC+, כרטיסי לולאה (loopback) עבור פיתוח התקני FPGA, מרווחוני הגבהה (Jackscrew standoff) להקלת ההפרדה ביישומים מרובי פינים.

היבט נוסף שבו תרצה הקבוצה לעסוק מתייחס לכלי ניתוח והדמיה שיקלו את הבחירה בנושאים ובמודולים תואמים עבור אינטגרטורים של מערכות. VITA 57.2 ו- VITA 57.3 ישלבו את המאמצים האלו.

משפחת תקני FMC המשולבת תמשיך להתפתח סביב הפיתוחים בטכנולוגיית FPGA ותספק כלי תכנון משופרים וזמנים מהירים יותר של יציאה לשוק.

דילן לאנג ] Dylan Lang [, מנהל תקנים Samtec

תגובות סגורות