Starter-Kit für ATCAbasierte Systeme
Die Einführung oder die Umstellung auf neue Technologien stellen Systemdesigner immer wieder vor hohe Herausforderungen. Hardware- und Software-Starter-Kits sind hierbei eine unverzichtbare Hilfe, um schneller auf innovative Technologien umzustellen und die eigenen Applikationen anzupassen. Ein Einsatzbereich von Starter-Kits ist das Backend im IoT (Internet of Things).
Die Kommunikation der zahlreichen 'intelligenten Dinge' erfordert einen massiven Datendurchsatz und eine enorme Rechenleistung. Der offene AdvancedTCA (ATCA)-Standard der PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) deckt diese neue Anforderung schon seit vielen Jahren ab. Ein wichtiger Faktor für den Erfolg ist das stabile Hardware-Plattform-Management für ATCA-Systeme. Um das zuverlässige ATCA-Management für ein IoT-Backend-System zu nutzen, kann der Systemdesigner folgendermaßen vorgehen. Er übernimmt die ATCA-Architektur durch den Einsatz von spezifikationskonformen Systemkomponenten vollständig oder passt die ATCA-Management-Struktur soweit an, dass sie auch in proprietären Systemarchitekturen eingesetzt werden kann. In beiden Fällen kann die Entwicklung der Management-Schicht einen erheblichen Aufwand darstellen, vor allem dann, wenn diese von Grund auf neu begonnen wird. Dieser Aufwand wird durch den Einsatz des richtigen Starter-Kits reduziert. Zur optimalen Nutzung dieser Kits müssen jedoch einige Voraussetzungen erfüllt sein.
Was muss man sich unter der Management- Architektur basierend auf ATCA vorstellen?
Zu den Bausteinen der oberen Management-Architektur gehören hot-swap-fähige Prozessorboards, mit der Möglichkeit, diese durch ein optionales Rear Transition Module (RTM) zu erweitern, um zusätzliche I/O-Schnittstellen an der Rückseite des Systems herauszuführen. Weitere Bausteine sind die Field Replaceable Units (FRUs), wie beispielsweise eine Lüftereinheit oder ein Power Entry Module (PEM), wodurch eine komplette System-Infrastruktur zur Verfügung steht. Die ATCA-Architektur bietet auch verschiedene Arten von Management-Controllern, wie z.B. den IPMC (Intelligent Platform Management Controller), oder den MMC (Module Management Controller) für weitere Unterbaugruppen wie Mezzanine Cards oder intelligente RTMs. Der Shelf Manager überwacht den Betrieb aller angebundenen Funktionsblöcke im System (optional in redundanter Konfiguration) und repräsentiert es gegenüber höheren Management-Schichten. Das Herzstück des Shelf Managers bildet der Shelf Management Controller (ShMC). Die Überwachung und das Low-Level-Management des jeweiligen Boards erfolgt durch den Intelligent Platform Management Controller (IPMC), der zugleich dieses Board gegenüber dem Shelf Manager über einen I2C-basierten, zweifach redundanten Intelligent-Platform-Management-Bus (IPMB-0), repräsentiert. Optional können sich die IPM-Controller auch über ein Ethernet-Fabric im System mit dem Shelf Manager verbinden. Andere FRUs, beispielsweise Lüftereinschübe, können ebenso über IPMCs verfügen und in den IPMB-0-Bus eingebunden werden. Sämtliche oben angesprochenen architektonischen Elemente sind nicht nur unabhängig von Formfaktor und physikalischen Schnittstellen, sondern auch von der Anzahl der Boards in einem System. Ein ATCA-basiertes Management-System, das alle diese Elemente unterstützt, kann auf die Struktur eines beliebigen Systems angewendet werden. Entwickler eines solchen Systems haben zusätzlich die Möglichkeit, ATCA-kompatible Einschubplätze vorzusehen. Somit können beispielsweise kostengünstige und leistungsstarke x86-CPU-Karten auf ATCA-Basis eingesetzt werden. Ein Vorteil solcher hybrider Architekturen besteht darin, dass sich die ATCA-kompatiblen Elemente leicht integrieren lassen.
Auf welche Eigenschaften sollte ein Entwickler von ATCA- oder ATCA-basierten IoT-Back-end-Plattformen bei einem Starter-Kit für Management-Controller Wert legen?
Die Spezifikationen des ATCA-basierten System-Management umfasst mehr als tausend Seiten und stellt eine äußerst ausführliche Anleitung dar. Dabei beziehen sich die Inhalte sowohl auf Aspekte der Hardware als auch die Software des Managements. Die Implementierung eines bereits entwickelten und erprobten Management-Controllers vereinfacht die Entwicklung der jeweiligen Systemplattform. Da keine Überraschungen zu erwarten sind, lässt sich der Entwicklungsaufwand besser planen und die Entwicklungszeit verkürzen. Voraussetzung hierfür ist allerdings ein stabiles und in der Praxis bewährtes Referenzdesign, welches dann in die Zielplattform implementiert werden kann. Genauso wichtig ist die gründliche und ausführliche Dokumentation des Management-Blocks. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die ATCA-Management-Architektur in einer proprietären Applikation verwendet wird. Der Nutzer sollte auch darauf achten, dass sich das entsprechende System-Management in der Praxis bereits in vielen, teilweise proprietären, Anwendungen bewährt hat. Sollten ATCA-Boards von unterschiedlichen Anbietern eingesetzt werden, ist es außerdem wichtig, dass die Interoperabilität gewährleistet ist.
Starter-Kits für ATCA-Management-Controller sollten sowohl Hardware- als auch SoftwareKomponenten enthalten: alle praxiserprobt
Die Anpassungsfähigkeit des Referenzdesigns ist notwendig, reicht aber allein nicht aus. Ein Starter-Kit muss ein funktionsfähiges Design beinhalten, welches Anpassungen ermöglicht und sofort einsetzbar ist. Somit kann sich der Systemdesigner auf die Entwicklung und Integration seines individuellen Systems oder Boards konzentrieren. Die Abbildung zeigt ein Starter-Kit bestehend aus dem Shelf Manager und einer IPMCMezzanine. Zusammen ergeben diese Boards ein funktionsfähiges ATCA-Hardware-Management. Ausgestattet mit zahlreichen Switches und Steckverbindern lässt sich dieses Starter-Kit für zahlreiche Entwicklungsversuche verwenden. Die wenigsten davon werden bei spezifischen Produktimplementierungen eingesetzt.
Welche Starter-Kits können im einzelnen für ATCA-basierte IoT-Backend-Systeme verwendet werden?
Eine Option sind die Management-Controller-Starter-Kits aus der Schroff-Pigeon-Point-Serie von Pentair, die es sowohl in Board- als auch in Shelf-Ausführungen gibt. Ein Management-Controller-Starter-Kit besteht aus folgenden Bestandteilen:
- • Referenzschaltpläne, die direkt in ein kundenspezifisches Schaltbild integriert werden können
- • Eine Referenz-Firmware, die einfach und benutzerfreundlich an die Anforderungen der individuellen Systemlösung angepasst werden kann
- • Referenz Carrier zu Entwicklungszwecken zur einfachen Implementierung der Schaltung sowie als Vergleichsbasis zur Verifizierung der eigenen Schaltung
- • Detaillierte technische Dokumentation zu den Architektur- und Anpassungsmöglichkeiten des Shelf Managers
- • Ein Jahr technischer Support
Diese ATCA-basierten System-Manager werden weltweit in zahlreichen Applikationen verwendet und in mehreren von der PICMG organisierten Interoperability Workshops getestet. Basis für die einzelnen Applikationen war stets das beschriebene Starter-Kit, welches eine erfolgreiche Implementierung des Shelf Managements gewährleistet.
Die Einführung oder die Umstellung auf neue Technologien stellen Systemdesigner immer wieder vor hohe Herausforderungen. Hardware- und Software-Starter-Kits sind hierbei eine unverzichtbare Hilfe, um schneller auf innovative Technologien umzustellen und die eigenen Applikationen anzupassen. Ein Einsatzbereich von Starter-Kits ist das Backend im IoT (Internet of Things).
Die Kommunikation der zahlreichen 'intelligenten Dinge' erfordert einen massiven Datendurchsatz und eine enorme Rechenleistung. Der offene AdvancedTCA (ATCA)-Standard der PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) deckt diese neue Anforderung schon seit vielen Jahren ab. Ein wichtiger Faktor für den Erfolg ist das stabile Hardware-Plattform-Management für ATCA-Systeme. Um das zuverlässige ATCA-Management für ein IoT-Backend-System zu nutzen, kann der Systemdesigner folgendermaßen vorgehen. Er übernimmt die ATCA-Architektur durch den Einsatz von spezifikationskonformen Systemkomponenten vollständig oder passt die ATCA-Management-Struktur soweit an, dass sie auch in proprietären Systemarchitekturen eingesetzt werden kann. In beiden Fällen kann die Entwicklung der Management-Schicht einen erheblichen Aufwand darstellen, vor allem dann, wenn diese von Grund auf neu begonnen wird. Dieser Aufwand wird durch den Einsatz des richtigen Starter-Kits reduziert. Zur optimalen Nutzung dieser Kits müssen jedoch einige Voraussetzungen erfüllt sein.
Was muss man sich unter der Management- Architektur basierend auf ATCA vorstellen?
Zu den Bausteinen der oberen Management-Architektur gehören hot-swap-fähige Prozessorboards, mit der Möglichkeit, diese durch ein optionales Rear Transition Module (RTM) zu erweitern, um zusätzliche I/O-Schnittstellen an der Rückseite des Systems herauszuführen. Weitere Bausteine sind die Field Replaceable Units (FRUs), wie beispielsweise eine Lüftereinheit oder ein Power Entry Module (PEM), wodurch eine komplette System-Infrastruktur zur Verfügung steht. Die ATCA-Architektur bietet auch verschiedene Arten von Management-Controllern, wie z.B. den IPMC (Intelligent Platform Management Controller), oder den MMC (Module Management Controller) für weitere Unterbaugruppen wie Mezzanine Cards oder intelligente RTMs. Der Shelf Manager überwacht den Betrieb aller angebundenen Funktionsblöcke im System (optional in redundanter Konfiguration) und repräsentiert es gegenüber höheren Management-Schichten. Das Herzstück des Shelf Managers bildet der Shelf Management Controller (ShMC). Die Überwachung und das Low-Level-Management des jeweiligen Boards erfolgt durch den Intelligent Platform Management Controller (IPMC), der zugleich dieses Board gegenüber dem Shelf Manager über einen I2C-basierten, zweifach redundanten Intelligent-Platform-Management-Bus (IPMB-0), repräsentiert. Optional können sich die IPM-Controller auch über ein Ethernet-Fabric im System mit dem Shelf Manager verbinden. Andere FRUs, beispielsweise Lüftereinschübe, können ebenso über IPMCs verfügen und in den IPMB-0-Bus eingebunden werden. Sämtliche oben angesprochenen architektonischen Elemente sind nicht nur unabhängig von Formfaktor und physikalischen Schnittstellen, sondern auch von der Anzahl der Boards in einem System. Ein ATCA-basiertes Management-System, das alle diese Elemente unterstützt, kann auf die Struktur eines beliebigen Systems angewendet werden. Entwickler eines solchen Systems haben zusätzlich die Möglichkeit, ATCA-kompatible Einschubplätze vorzusehen. Somit können beispielsweise kostengünstige und leistungsstarke x86-CPU-Karten auf ATCA-Basis eingesetzt werden. Ein Vorteil solcher hybrider Architekturen besteht darin, dass sich die ATCA-kompatiblen Elemente leicht integrieren lassen.
Pentair Technical Solutions GmbH
Dieser Artikel erschien in Embedded Design IV 2016 - 02.06.16.Für weitere Artikel besuchen Sie www.embedded-design.net
