CPCI板卡标准

1、1 1 一般要求 军用加固CompactPCI计算机应为系统提供与PCI规范相兼容的电气特性适应恶劣环境扩展性强满足通用化、系列化、模块化的要求。 2 特点 2.1 CompactPCI特点 2.1.1 33MHz和66MHz的PCI性能。 2.1.2 32位和64位数据传输能力。 2.1.3 在33MHz总线频率下每个总线段最多有8个CPCI插槽。 2.1.4 在66MHz总线频率下每个总线段最多有5个CPCI插槽。 2.1.5 3U外形尺寸100mmX160mm。 2.1.6 6U外形尺寸233.35mmX160mm。 2.1.7 IEEE1101.1、1101.10、1101.11Eur

2、ocard结构标准。 2.2 外形结构 CPCI插卡的外形结构是根据IEC 60297-3和IEC 60297-4中的Eurocard外形结构定义的。并按照IEEE1101.10进行扩展有3U100mmX160mm和6U233.35mmX160mm两种规格图1显示3U规格的插卡结构图。 一个CPCI系统由1个或多个CPCI总线段组成。每段最多包括8个CPCI插槽33MHz板中心间距20.32mm0.8inch每个总线段由1个系统槽和7个外设槽组成。 图1 3U 64位CompactPCI外形结构 系统槽为总线段上的所有插卡提供系统仲裁、时钟分配和复位功能并负责通过对每个本地插卡IDSEL信号的

3、管理完成系统的初始过程。外设插槽可以安装简单的插卡也可以是智能化从设备或者是PCI总线主设备图2是典型的3U规格的CPCI总线段的顶层图。 系统槽可以定位在无源底板的任何位置为简单起见本规范规定从印制板顶层观测无源底板时CPCI总线段中的系统槽位于总线段的左侧。 2 图2 3U CompactPCI无源底板示例 除图2中说明的线性排列外CPCI也允许其他拓扑结构。本规范和所有无源底板的仿真均采用线性拓扑结构系统插槽位于总线段任意一端插卡中心间距20.32mm其他任何拓扑结构必须进行仿真或采用其它方式进行确认以确保符合PCI规范。 CPCI以物理和逻辑插槽概念为基础定义插槽编号。物理槽必须从机箱

4、左上角开始编号。编号从1开始。所有CPCI系统中物理插槽应该置于兼容性标记符号内。图2示例了兼容性标记符号内的物理槽编号如1。 逻辑插槽编号必须由IDSEL信号与用来选择插槽的相关地址定义。在命名规定中逻辑编号用于定义连接器在总线段上的物理外形。图2中说明的逻辑编号恰好位于连接器外形的下方如2-P1。逻辑和物理插槽的编号不一定总一致无论何种情况第五章中均定义了信号路由的要求。 功能性标记符号可以直观的显示无源底板连接器与插卡的功能这些功能性标记符号是 a三角系统槽 b圆圈外设槽。 2.3 连接器 CPCI连接器是IEC60917和IEC61076-4-101定义的5行、2mm间距带屏蔽的连接器

5、其特点包括 a 针孔互连机制 b 多厂商支持 c 提供固定编码键的编码机制 d 长短交错以满足热插拔能力 e 选装后面板以满足直通底板的I/O应用需要 f 高密度PCI能力 g 电磁干扰EMI/射频干扰RFI的屏蔽保护 h 最终用户的可扩展性。 3 CPCI总线互连被定义为5行47列的引脚阵列该阵列根据连接器的物理实现逻辑上分为两组。32位PCI和连接器编码键区安排在J1上。另外一个连接器J2安排给64位传输、后面板I/O或地理寻址。 CPCI连接器在插卡和底板上都使用了导向凸缘这有效的避免了插拔时可能出现的偏差。3.3V和5V编码键的使用可以避免插卡的错误安装。 表1 编码键颜色分配 信号电

6、压VI/O 对应颜色 3.3V 镉黄 5V 亮蓝 3.3V或5V通用插卡 无 编码键可以避免因为疏忽而将5V插卡安装到3.3V系统上。表1说明了与不同底板连接器和插卡连接器的物理编码键相关的颜色编码通用插卡必须满足能运行于任意一种环境所以不被编码。底板连接器必须根据底板总线段的信号进行编码。 表1中的编码键说明仅包含了那些装配了J1并且J1是所装配的唯一的连接器的情况。CPCI插卡如果装配了除J1之外的其他任何连接器那么还必须符合PICMG 2.10Keying of CompactPCI03 Boards and Backplanes。J1连接器提供的彩色编码机制只适用于3U和6U非后面板I

7、/O的32位信号插卡其它任何实现必须与PICMG 2.10中指定的编码键机制相符合。 2.4 模块化 CompactPCI的一个重要特点是系统的模块化。模块化是利用Eurocard标准的各种外形结构及通用IEC-61076-4-101连接器来实现的。 3 电气要求 3.1 插板设计规则 军用加固计算机插板的设计符合CompactPCI规范PICMG R2.0 D3.0的设计要求。本节规定一些按军用加固环境需要强调或补充的要求或限制。5.1节至5.4 节的设计规则适用于33MHz的CPCI总线操作。66MHz的设计规则参考5.5节。 本规范不推荐使用标准CompactPCI中的热插拔规范。 3.

8、1.1 去耦要求 每个加固CPCI计算机插板必须具备足够的去耦能力以满足应用。表2列出了应该使用去耦的最小要求。 表2 插板去耦要求 连接器 信号 说明 去耦电容 耐压 0.1F ±201 10F ±202 P1 5V 5VDC 最小15V P1 3.3V 3.3VDC 最小10V P1 VI/O 5V/3.3VDC 最小15V P1 12V 12VDC 3 最小35V P1 -12V -12VDC 3 最小35V P24 VI/O 5V/3.3VDC 最小15V 说明 4 1对于所有电压每10个电源引脚应该提供一个靠近连接器的0.1F的适于高速去耦的陶瓷电容器进行去耦。注

9、意此规则适用于所有的电源引脚即使插板上没有使用该电源 2靠近每个连接器均需要安放一个10F的低等效串联电阻Low ESR电容器 3如果有需要使用±12V DC电源 则应使用10F的低等效串联电阻Low ESR电容。如果不使用±12V DC电源则不需要10F的低等效串联电阻Low ESR电容但仍需要提供0.1F的陶瓷电容 4在64位系统中P2的要求。如果P2用于自定义的I/O可以增加辅助的去耦电容。 3.1.2 端接要求 3.1.2.1 分支端接Stub Termination 在插板上的CPCI连接器接口处下列信号必须端接10串联信号电阻可以用排阻或分立电阻AD0AD31、

10、C/BE0C/BE3、PAR、FRAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、IDSEL、DEVSEL、PERR、SERR和RST。 表3 信号端接电阻 参数 最小 标准 最大 单位 说明 Rterm -5 10 5 欧姆 信号端接电阻位于CompactPCI连接器近端处。 如果下面这些信号插板上使用也必须端接INTA、INTB、INTC、INTD、AD32AD63、C/BE4C/BE7、PAR64、REQ64、ACK64。 CLK、REQ和GNT信号不需要此类信号端接电阻。 信号端接可以将每块插板上的PCI信号线对底板的影响降到最小。端接电阻的位置和该信号的连接器引脚距离应不超过15.2

11、mm0.6inch这个距离是指信号允许布线的总长参见5.1.3和5.1.4节说明。 3.1.2.2 串行端接Series Termination 驱动REQ的外设插板接口板在该信号的芯片驱动输出引脚处不是在连接器接口处应该提供一个端接电阻阻值大小根据输出缓冲器的输出特性而定一般选择阻值一般为1047的表面贴装电阻。 在系统槽插板主机板上每个为外设插槽提供CLK信号的驱动器一般是主PCI桥或PCI-to-PCI桥上必须使用串联端接电阻阻值大小根据输出缓冲器的输出特性而定一般选择阻值一般为1047的表面贴装电阻。 每个系统槽插板的GNT信号必须在驱动器处进行串联端接端接电阻阻值大小根据输出缓冲器的

12、输出特性而定一般选择阻值一般为1047的表面贴装电阻。 3.1.3 信号线长度要求 无论是系统槽插板还是外设插板32位/64位信号J1、J2的信号线长度必须不大于63.5mm2.5inchs。 这个长度是指从连接器引脚通过信号线或端接电阻5.1.2节所规定到PCI驱动器引脚之间的总长度。注意布线长度中应包括端接电阻。 3.1.4 特征阻抗要求 在插板上CPCI信号线的特征阻抗必须在表4给定的范围内。 表4 CPCI信号线的特征阻抗 参数 最小 标准 最大 单位 说明 5 Z0 -10 65 10 欧姆 仅适用于PCB布线包括电镀通孔。 3.1.5 信号负载要求 外设接口板的任何CPCI信号上最

13、多允许一个PCI负载。 系统槽插板内连接J1/J2连接器的CPCI总线上最多允许一个负载。 3.1.6 外设插板PCI时钟信号线长度要求 在外设插板上CPCI时钟信号线必须为63.5mm±2.54mm2.5inchs±0.1inch并且在一个接口板上只允许驱动一个负载。 3.1.7 插板信号环境 通用插板设计中即兼容3.3V、5V两种环境VI/O信号必须通过连接器上引脚由底板来配置通用插板上VI/O信号不能直接连接3.3V、5V。 3.1.8 上拉电阻要求 上拉电阻必须设在系统槽插板上。表5给出针对5V和3.3V两种信号环境的上拉电阻值。所有数值均假定有7个负载33MHz速

14、度。对于要求上拉电阻的CPCI信号上拉电阻必须放置在驱动器与分支端接电阻之间上拉电阻到驱动器的信号长度必须小于12.7mm0.5inch而且信号线长度被当成总布线长度的一部分。注意 当系统槽插板充当外设接口板时不能连接上拉电阻。 系统槽插板不管是否使用REQ64和ACK64信号都必须为它们提供一个上拉电阻这可以保证避免64位外设接口板上REQ64和ACK64的浮动。 使用GNT信号的每个外设接口板必须设置一个100k的上拉电阻。 关于64位信号的其他细节参见5.4节。 3.1.9 插板连接器屏蔽要求 为了保证插板和CPCI底板之间的逻辑接地有一个低阻抗回路在插板的J1和J2连接器的F行必须加屏

15、蔽接地。 对于已提供Z行屏蔽选项的IEC-60176连接器在插板上则不需要加屏蔽并且保证当该屏蔽延伸到插板内部区域时没有任何负载。 3.2 33MHz底板设计原则 在33MHz下最多可以有八个插槽。66MHz下最多可以有五个插槽其设计原则见5.5节。 系统插板为其他七个插槽提供时钟、仲裁、配置以及中断处理。底板提供外设接口板的插槽可少于7个。本节假定采用最大的配置数目并且采用线性拓扑结构系统槽的物理位置为机箱底板的任意一端底板信号线采用菊花链方式。采用任何其他拓扑结构均必须被仿真或以其他方式检验以确认它与PCI规范的一致性。槽连接器中心间距为20.32mm0.8inch。如果系统要求多于8槽必

16、须采用PCI-to-PCI桥连接另一个CPCI总线段。 底板的设计可以同时具备33MHz和66MHz的操作能力但如果在一个CPCI总线段内的插槽数大于5个时只能使用33MHz的总线并且信号M66EN必须接地。 底板必须为3.3V、5V和地提供单独的平面层。如果VI/O配置可以直接使用3.3V或5V否则VI/O必须提供专用的电源层。 3.2.1 底板信号环境 每种CPCI底板均提供了5V或者3.3V信号环境。PCI允许插卡内部的连接采用两种类型的缓冲区接口。连接器上的VI/O电源引脚用于向插卡的缓冲区供电这样就可以被设计工作于任意一种接口。 CPCI为了使这种双接口方案成为可能为两种系统提供了一

17、种单独的底板连接器编码插件。CPCI底板既可以是一种信号环境固定的底板如仅工作在5V也可以是一种可配置的底板。无论何种情况只要配置为5V操作则必须使用5V编码键亮蓝。而配置为3.3V操作时则在底板上必须安装3.3V编码键镉黄。 3.2.2 底板特征阻抗 6 CPCI底板必须在表6给定的特征阻抗范围内进行布线。 表5 底板特征阻抗表 参数 最小 标准 最大 单位 说明 Z0 -10 65 10 欧姆 未安装连接器或插板的PCB板但包括电镀通孔。 3.2.3 八槽底板端接 PICMG的系统仿真试验表明在使用允许的最强PCI缓冲区可参考PCI规范V-I曲线同时使用轻度负载的八槽底板配置即只有系统槽和

18、其相邻的外设插槽这时PCI信号就会超出10ns最大传播延迟33MHz的总线速度。 对于这种具体的系统配置来说所有汇接的PCI信号在底板上距离系统槽最远的终点必须加上一个肖特基二极管信号端接参考Ti公司的74S053二极管阵列如图3所示。肖特基二极管可以直接在底板安装也可以在最后一个插槽中插入一个二极管端接适配器。如果使用了二极管则二极管与用于各PCI信号的网络间的距离必须尽可能短。 图3 PCI信号端接 3.2.4 IDSEL分配 PCI的IDSEL信号用于提供到各个外设插槽的唯一的访问从而可以进行配置。地址线AD31到AD25中的一条连接到各个外设插板的IDSEL引脚连接器引脚J1B9后在配

19、置周期中为每个外设插板分别提供了一个唯一的地址。底板必须保证与各外设插槽连接器上的IDSEL的线路长度最短。 表7表明了地址线到各个外设插板的IDSEL引脚的路由。 SignalVI/O7 表6 系统插板到逻辑插槽的信号分配 如果在系统插板上还有其他的PCI设备该设备IDSEL路由可以通过AD11-AD24范围内的地址线实现。 3.2.5 REQ/GNT分配 PCI总线仲裁器驻留在系统插板上并通过REQ6:0/GNT6:0信号对与最多7个外设插槽的每一个相连接。 任何底板上的系统插槽都必须支持REQ/GNT信号完全实现。否则必须声明与本规范不兼容。 系统槽插板必须支持7对REQ/GNT信号。

20、表7列出了对外设接口板的REQ/GNT引脚的请求/授权信号的分配。 3.2.6 PCI中断路由 底板从系统插槽中断引脚INTA-INTD到外设插槽中断引脚的分配必须如图4所示。 底板上外设插槽间采用了循环的分配方式其目的在于为每个外设接口板前四个CPCI连接器各分配一个唯一的中断每个外设板只使用INTA引脚即假定一个单一PCI功能在INTA引脚上产生中断请求或多个PCI功能共享INTA引脚。当循环模式跨过了四个逻辑插槽之后重复这样那些中断间隔了四个连接器的插槽如插槽2和插槽6会中断共享。 这种中断分配符合PCI SIG颁布的PCI-to-PCI桥规范这样可以在系统主板上0号PCI总线与CPCI

21、之间采用PCI-to-PCI桥接技术。 信号 连接器引脚 信号 连接器引脚 系统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽2 AD31 REQ0 GNT0 P1:E6 P1:A6 P1:E5 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 系统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽3 AD30 REQ1 GNT1 P1:A7 P2:C1 P1:D1 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 系统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽4 AD29 REQ2 GNT2 P1:B7 P2:E1 P2:D2 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 系

22、统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽5 AD28 REQ3 GNT3 P1:C7 P2:E2 P2:C3 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 系统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽6 AD27 REQ4 GNT4 P1:E7 P2:D3 P2:E3 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 系统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽7 AD26 REQ5 GNT5 P1:A8 P2:D15 P2:E15 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 系统插板逻辑插槽1 外设插板o逻辑插槽8 AD25 REQ6 GNT6 P1

23、:D8 P2:D17 P2:E17 IDSEL1 REQ GNT P1:B9 P1:A6 P1:E5 注 每个插槽的IDSEL信号必须在需要的插槽处以最短的路线连接。 8 尽管PCI软件设备驱动程序的设计上允许中断信号的共享但设备的共享中断会影响到中断延时所以在可能的条件下应尽量避免这一问题。 图4 底板中断路由图 3.2.7 CPCI附加信号 CPCI除了利用PCI局部总线规范定义的信号外还增加了一些信号这些信号有按键复位、电源状态、系统槽识别、地理寻址、系统管理及传统IDE中断支持信号。 3.2.7.1 按键复位PRST 按键复位信号PRST从底板提供可以用于对系统槽插板复位相应的系统槽插

24、板可以产生PCI RST信号复位系统的其他插板。PRST是一个低电平有效的TTL信号由开关或集电极开路的驱动器生成。系统槽插板接收PRST并按照要求消除抖动。 系统槽插板必须在PRST信号的末端提供一个上拉电阻阻值不低于1k。 3.2.7.2 电源状态DEG、FAL 在采用了模块化电源已实现DEG、FAL可选的底板上电源子系统的状态通过底板上这两个低电平有效的TTL电源状态信号确定。 无论系统槽插板是否使用这两个信号系统槽插板均必须在这两个信号的末端提供一个连接VI/O的上拉电阻阻值不低于1k。 3.2.7.3 系统槽识别SYSEN 有些插板既可以作为系统槽插板也可以作为外设接口板当此种插板被

25、安装入槽中时SYSEN用来使能或禁止该插板的系统槽功能如时钟生成以及总线仲裁等。 本引脚在系统槽所在的底板段必须接地其他外设插槽中本引脚保持断开。插板设计者必须在SYSEN上提供到VI/O的上拉电阻阻值不低于1k。 3.2.7.4 系统枚举ENUM 该信号主要用于热插拔系统中在本规范中对该信号不再使用。建议在插板、底板设计时该信号对应的引脚悬空。 3.2.7.5 地理寻址GA4:0 对于底板来说如果在某个特定插槽上安装了P2那么它必须支持GA4.0地理寻址信号以进行唯一的插槽识别。使用地理地址信号GA4.0的插卡必须由10.0k±10的电阻上拉。 INTAINTBINTCINTDB3

26、C3E3A3B3C3E3A3B3C3E3A3B3C3E3A3B3C3E3插槽1系统槽插槽2IDSELAD31插槽3IDSELAD30插槽4IDSELAD29插槽8IDSELAD25系统插槽 INTA网络系统插槽 INTB网络系统插槽 INTC网络系统插槽 INTD网络A39 对于底板来说地板上物理插槽地址GA4.0的编码方式必须是将各个连接器上的不同引脚组合接地或者不连。物理插槽地址由4.2节的物理槽编号定义。表8说明了物理槽编号及其由GA4.0定义的物理插槽地址。其中物理插槽“”保留当具有地理地址的适配器安装到不支持地理寻址的底板插槽时地理寻址的缺省值为31。 表7 物理插槽地址 物理插槽编

27、号 GA4 J2-A22 GA3 J2-B22 GA2 J2-C22 GA1 J2-D22 GA0 J2-E22 0 接地 接地 接地 接地 接地 1 接地 接地 接地 接地 开路 2 接地 接地 接地 开路 接地 3 接地 接地 接地 开路 开路 4 接地 接地 开路 接地 接地 5 接地 接地 开路 接地 开路 6 接地 接地 开路 开路 接地 7 接地 接地 开路 开路 开路 8 接地 开路 接地 接地 接地 9 接地 开路 接地 接地 开路 10 接地 开路 接地 开路 接地 11 接地 开路 接地 开路 开路 12 接地 开路 开路 接地 接地 13 接地 开路 开路 接地 开路 1

28、4 接地 开路 开路 开路 接地 15 接地 开路 开路 开路 开路 16 开路 接地 接地 接地 接地 17 开路 接地 接地 接地 开路 18 开路 接地 接地 开路 接地 19 开路 接地 接地 开路 开路 20 开路 接地 开路 接地 接地 21 开路 接地 开路 接地 开路 22 开路 接地 开路 开路 接地 23 开路 接地 开路 开路 开路 24 开路 开路 接地 接地 接地 25 开路 开路 接地 接地 开路 26 开路 开路 接地 开路 接地 27 开路 开路 接地 开路 开路 28 开路 开路 开路 接地 接地 29 开路 开路 开路 接地 开路 30 开路 开路 开路 开路 接地 31 开路 开路 开路 开路 开路 3.2.7.6 系统管理总线 在本规范中对该信号J1/P1上三个