VPX系统的特点及应用

VPX系统的特点及应用

VPX系统标准是VITA组织于近来提出的基于VME总线基础上的新一代高速串行总线标准。VPX总线的基本规范、机械结构和总线信号等具体内容均在ANSI/VITA46系列技术规范中有详细的定义，是一个成熟的标准系统。VPX是基于高速串行总线的新一代总线标准，该标准制定的最初目的为了保护VME总线的应用者，继承和延续VME总线的技术生命力。使VME系统得到更广泛的应用，更深入的发展。

VPX标准之所以能如此迅速的发展和广泛的应用，主要有以下几个方面的原因促成的：

1）随着科技的不断进步，一些电子系统要求越来越严格，要求新系统不仅仅要提供高性能计算还要有超小体积也就是高功率密度的要求。一方面系统可以应用于尺寸和重量受限的领域（如舰载环境，机载环境，车载环境等待），另一方面系统应具有实现复杂算法和连接多个高速数据源的性能。这些要求正式VPX标准所能解决的。

2）随着军工，铁路，工业自动化，电力系统，通信及物联网的不断发展。现实中需要更高的带宽和更高的传输速率及运行速度。VPX系统扩展了带宽，采用串行互连架构，既显著增加带宽的同时，也大大减少引脚的数量。VPX系统的带宽，由VME总线的带宽的40~60MB，通过增加串行连接的数量，使该系统的总带宽达到了理论的100GB/s。

3）在VME64X规范中，背板的功耗限制为35W，目前微处理器的快速发展，多核、多处理器技术也在不断成熟，背板功耗大大超过了35W, VME系统的这一功耗限制在实际使用中已经成为瓶颈。VPX系统通过增加背板的供电以及更加完善的散热解决方案（传导、液冷等）来解决此问题，使该系统突破了这一瓶颈，实际场景应用更广泛了。

4）VITA系列协议对VPX总线做出了确定的规范，VPX即为对VITA系列协议的指称。该系列协议由VITA 基本规范以及涉及VMEbus、Serial Rapidl0等信号映射的各类子协议构成。该VPX系统可以适用特别恶劣的自然环境及电磁环境，抗干扰性强。也可以快速商业化。

VPX系统总线来源于VME系统，是通用计算机总线，并且结合了Motorola公司Versa总线的电气规范和Eurocard机械封装标准，是一种开放式架构，支持多处理器计算机系统。1984年，VME国际贸易协会组织（VITA）成立，致力于推动VME总线的市场和发展。1987年，VME总线被IEEE正式接纳为万用背板总线（Versatile BackPlane Bus）标准，标准号为ANSI/IEEE-1014，总线接口为两个96芯的针孔连接器，数据宽度为32位，带宽为40MB/s，市场名称为VME32。从诞生到最初的十几年间，VME由于采用欧卡结构具有高可靠性使其在工业控制、实时处理和军用领域中都得到了广泛应用，并一度主导工控机实时领域。

随着电子技术的发展并迫于CPCI等其他标准的冲击和竞争，VITA先后多次推出升级版本，如VME64、VME64x、VME320。近几年，为了满足更大带宽和更强制冷能力的要求，VITA先后推出VXS（VITA41）、VPX（VITA46）和 REDI（VITA48）等一系列新的模块标准。其中，VPX系统全部采用的MultiGig RT2连接器具有连接紧密、插入损耗小和误码率底等优点；通过结合REDI构成的VPX-REDI平台可以满足苛刻环境和大带宽的工业需求，如军工和通信方面。

VPX系统的核心在于连接器MultiGig RT2，相对于传统的针式连接器，这种高速差分连接器的硅晶片式（类似内存条的金手指）结构具有连接紧密、插入损耗小和误码率低等优点，每个差分接触对支持的数据带宽可高达10Gb/s，而且硅晶片都带有ESD接地层和触点层，防止操作期间受意外放电影响。尽管采用这种高速连接器牺牲了VPX与早期的VME产品在硬件上的兼容性，但是这种因为不兼容所带来的劣势在其他方面会得到更多的补偿，主要体现在两个方面：其一，可以直接从后背板配置快速I/O设备（如数字视频），这样能够消除由于前端配置带来的维修和形状尺寸问题；其二，为VME用户提供一个可以简单有效地采用各种高速开关互联结构的途径；其三，定义了大量的l/O管脚以便于系统的升级和扩展。

VPX系统 支持多种并行和串行传输协议，主要包括VME64x和PCI并行总线协议。为了解决与CPCI和传统VME产品的兼容问题，VPX还允许采用了一种同时带有各种标准插槽的混合式背板结构，这样在系统升级时仍然可以保留大部分的现有模块。另外，REDI（VITA48）在模块加固和制冷增强方面对VPX进行了很好的补充，使之可以满足苛酷的军用环境等；并且这是第一个可用于军用平台的商用现货，具备成本优势。 

VPX系统根据物理结构，系统分为3U和6U尺寸的两个版本。

3U标准包含3个接口：P0，P1，P2。P0为8片结构，其中3片为电源，可以提供+12V，+5V，+3.3V电源，3片为单端信号片，另外2片为差分信号片。P1为16片结构，提供16组差分对信号。P2为16片结构，能提供16组差分对信号或16个单端信号。

6U标准包含7个接口，分别为PO，Pl，P2，P3，P4，P5，P6。其中，P0-P2和3U标准一样，P3-P6每个接口能提供16组差分对信号或16组单端信号。 

在应用方面，自该系统问世以来，就受到相关领域的高度重视和青睐，结合REDI使得系统在具有Gigabyte的数据传输能力的同时，也具有加固的机械结构和更强的冷却能力。由于VME有着近三十年应用和发展的积累，在实时控制和军工领域依然拥有大量现存客户。从继承性和可靠性角度考虑，加上VPX本身具有的优越性，这类用户最终升级到VPX只是时间问题。许多VME总线工控机的大型制造商如 Motorola和Force Computers等自然也是VPX的主要倡导者和实践者。世界一些知名厂商已经早早在VPX技术上取得领先优势，如Motorola ECC、Interphase、Zynx、Nat Europe、Curtiss Wright、Tews、Acromag等在电信和国防应用方面都有着各自系列化的成熟产品。