Una piattaforma MicroTCA, tante applicazioni

SISTEMI –

I sistemi MicroTCA sono stati fino ad oggi poco utilizzati per applicazioni che non fossero di tipo telecom, perché ritenuti troppo costosi. Emerson Network Power ha sviluppato Centellis 500, un sistema MicroTCA il cui ridotto costo ne garantirà l’introduzione in nuove applicazioni.


Lo standard MicroTCA (Telecom Computing Architecture), definito nell'estate del 2006, ha le sue radici nella tecnologia AdvancedTCA (anch'essa standardizzata). Quest'ultima fu concepita dal PICMG (PCI Industrial Computer Manufactures Group) fondato nel 1994 con lo scopo di offrire ai produttori di apparecchiature per telecomunicazioni una piattaforma standardizzata grazie alla quale fosse possibile saziare la crescente “fame di maggior performance” del settore telecom. E i fatti dimostrano che l'obiettivo è stato raggiunto. Nel 2005 fu poi definito lo standard AdvancedMC o AMC (Advanced Mezzanine Card) che ha consentito alla modularizzazione dei sistemi di fare un ulteriore balzo in avanti. Una delle caratteristiche principali di un sistema AdvancedTCA è la possibilità, da esso offerta, di realizzare soluzioni hot swappable di tipo HA (High Avalability) dotate di una capacità di elaborazione dati estremamente alta.
MicroTCA è stato originariamente concepito per consentire l'implementazione di soluzioni per il settore telecom aventi un'architettura aperta e prestazioni scalabili in funzione dell'applicazione, estendendo così il campo di applicabilità degli standard PICMG precedenti. Grazie ad esso è possibile realizzare applicazioni “su misura” aventi un fattore di forma più piccolo e un costo inferiore (senza dover ricorrere a schede carrier), pur continuando a usufruire di tutti i vantaggi offerti da AdavancedTCA e da AdvancedMC.
Ogni sistema MicroTCA è costituito da un massimo di 12 moduli AMC direttamente inseriti in un backplane in grado di fornire potenza, raffreddamento e risorse meccaniche adeguate. La struttura modulare offre all'utente un importante vantaggio, dato che egli può scegliere, fra una moltitudine di schede AMC reperibili sul mercato, quelle che più si adattano alla sua particolare applicazione; ciò gli apporta anche l'ulteriore beneficio di una riduzione dei costi poiché, pur essendo prodotte da aziende diverse, tutte le schede sono conformi alle stesse norme e il progettista può quindi scegliere i moduli di cui necessita anche in funzione del prezzo.
Considerati i pregi di una soluzione basata su MicroTCA, e tenuto conto che la sua capacità di calcolo è scalabile in un vasto intervallo di valori, diverse aziende hanno già avuto l'idea di usare tali sistemi non solo per la realizzazione di applicazioni telecom, ma anche per implementare soluzioni per i più svariati campi di applicazione, come l'automazione, l'industriale, il medicale, i sistemi per la difesa, l'aerospaziale e tutte le applicazioni basate su internet. Di grande vantaggio per tutti questi settori è in particolare il backplane seriale switched ad alta velocità, che offre una larghezza di banda pari a 3,125 GBaud per port AMC e direzione. In passato, tuttavia, la realizzazione di tali applicazioni è stata frenata dal costo relativamente elevato di un sistema MicroTCA, di modo che questa tecnologia è stata usata principalmente nel campo telecom per il quale è stata in origine concepita.

Cala il prezzo, aumentano le applicazioni

Emerson Network Power, divisione del gruppo Emerson, ha individuato questo punto debole e ha quindi realizzato Centellis 500, una piattaforma MicroTCA per applicazioni embedded, il cui prezzo è inferiore ai 5.000 dollari, nonostante si tratti di un sistema completo e per di più dotato di una velocità di elaborazione pari a 3,125 GBaud per ogni port e direzione di trasmissione (si veda il box). Dato che questo prezzo equivale a circa la metà di quello di sistemi MicroTCA comparabili, aventi prestazioni analoghe, il principale ostacolo (ovvero il costo) che limitava sensibilmente l'uso di questa tecnologia in settori non telecom, adesso non esiste più. D'ora in poi, quindi, anche i produttori di soluzioni rivolte ad altri campi applicativi potranno usufruire dei molteplici vantaggi offerti da una piattaforma MicroTCA. Grazie a Centellis 500 è ora anche possibile realizzare applicazioni di tipo ”enterprise”, vale a dire soluzioni che possono essere tranquillamente collocate sul posto di lavoro di un operatore, come ad esempio sotto il banco di una cassiera di supermercato o di un trader in borsa o anche vicino al pilota di un aereo di linea che utilizza il sistema per ricercare la causa di eventuali malfunzionamenti in volo. Ciò è possibile dato che Centellis 500 è estremamente silenzioso, portatile e assai poco ingombrante, visto che ha le dimensioni di una valigetta diplomatica e un peso inferiore ai 4 kg, pur essendo un sistema MicroTCA completo di tutti i componenti necessari. Esso, inoltre, viene fornito completamente testato e verificato funzionalmente, di modo che il progettista può subito dedicarsi allo sviluppo della propria applicazione: e anche ciò contribuisce a ridurne il time to market complessivo.
Il sistema viene fornito corredato di tutti i programmi software necessari ad utilizzarlo. Il case, realizzato in materia plastica, non solo contribuisce alla riduzione del prezzo e del peso complessivi; esso rappresenta anche una soluzione di packaging particolarmente resiliente e robusta che, a richiesta, viene fornita con il colore desiderato dal cliente e con il suo logo.

Un modulo tuttofare: l'MCH-1010/1020

Ogni sistema MicroTCA viene gestito da un modulo di comando detto MCH (MicroTCA Carrier Hub). Esso implementa, fra l'altro, un sottosistema standardizzato, basato su IPMI (Intelligent Platform Management Interface), per la gestione dell'intera piattaforma; il suo compito è il controllo dell'alimentazione, del raffreddamento nonché dell'operazione di hot swap dei moduli. L'MCH fornisce inoltre, all'interno del sistema, la funzionalità switching necessaria a collegare tra di loro i moduli AdvancedMC tramite interfacce Gigabit Ethernet, PCI-Express ed,eventualmente, Serial Rapid IO. Usando un sistema MicroTCA è possibile realizzare semplici combinazioni funzionali quali Gigabit Ethernet (per il controllo) con SATA (per la memorizzazione dei dati) o con PCI-Express onde implementare funzioni grafiche e di I/O locali, a seconda delle necessità imposte dall'applicazione in questione. È però anche possibile realizzare sistemi più complessi basati sul nuovo standard. Nel caso di Centellis 500 il progettista può scegliere fra due MCH il modulo che più si adatta alla sua particolare applicazione, dato che sono disponibili l'MCH-1010 (per Gigabit Ethernet single star) e l'MCH-1020 (per Gigabit Ethernet single star e per PCI Express), entrambi conformi alle norme MicroTCA.0 R1.0. Entrambi i moduli hanno le stesse dimensioni (73,5 x 180,6 mm², ciò che corrisponde al fattore di forma full size), ma si distinguono fra l'altro per l'assorbimento di potenza che, nel caso dell'MCH-1010, è di 14 W nominali, mentre per l'MCH-1020 è pari a 30 W nominali.

PrAMC-7211: il “cervello” del sistema

Il PrAMC-7211 rappresenta il “cervello” del sistema in quanto è il centro di elaborazione dati. Il formato del 7211 è mid size e quello del 7210 è full size. Questa scheda corrisponde alla specifica AMC.0 e utilizza un processore Core 2 Duo da 1,5 MHz di Intel il quale dispone di una cache L2 da 4 Mbyte. Il processore è collegato al Chipset 3100 di Intel tramite un bus frontside da 667 MHz. Questo modulo dispone di una memoria DDR2-400 da 2 Gbyte (con supporto ECC) che, se necessario, può essere espansa fino a 4 Gbyte. Il PrAMC-7211 è stato espressamente progettato per applicazioni che necessitano di un control plane processing e per applicazioni che non richiedono solamente un trasferimento dati veloce tramite interfacce Gigabit Ethernet o PCI Express, bensì anche una capacità di calcolo quale quella offerta da un processore multi core. L'MMC (Module management controller) implementa la funzione di management in modo conforme a IPMI-v1.5 e consente anche, in caso di necessità, di effettuare l'hot swapping dei moduli senza dover prima spegnere il sistema. Il corredo software è costituito dal sistema operativo Carrier Grade Edition 4.0 di MontaVista (che è uno standard industriale) o dal Linux GPP/LE ovvero PNE/LE di Wind River, più i Basic Blade Services (BBS); quest'ultimi sono conformi alle specifiche dello SAF (Service Availability Forum) inerenti al layer (strato) HPI (Hardware Platform Interface), anch'essi di comprovata funzionalità. Fa parte dei BBS anche il firmware per il booting che occupa 2 Mbyte di memoria flash e comprende il boot failover support.

Centellis 500 allo specchio

Questa piattaforma MicroTCA è stata esplicitamente concepita per consentire la realizzazione di applicazioni embedded anche di tipo “enterprise”, vale a dire di sistemi che possono essere collocati anche in prossimità di persone che lavorano, poiché sono molto silenziosi. Grazie al costo moderato, con Centellis 500 è possibile realizzare soluzioni per i più svariati campi applicativi. Tra le numerose possibili applicazioni vale la pena citare i sistemi IP-PBX, VoIP-Gateway, le soluzioni per point of sales, i sistemi di regolazione e di controllo industriali, access router, WiMAX, sistemi per radar, sonar, telemetria, image processing, soluzioni per telemedicina, teleradiologia, tomografia computerizzata e sorveglianza a distanza dei pazienti. Fino ad oggi la realizzazione di questi prodotti partendo da un sistema MicroTCA è stata essenzialmente frenata da ragioni di costo; questo ostacolo ora non esiste più, dato che Centellis 500 ha un prezzo inferiore ai 5.000 dollari, ovvero la metà di quello di un sistema MicroTCA tradizionale con prestazioni analoghe. Questa riduzione di prezzo è stata resa possibile da vari accorgimenti implementati da Emerson Network Power. Tra questi la sostituzione del case metallico con uno di plastica estrusa. Questo consente una notevole riduzione dei costi anche in fase di montaggio, poiché sono sufficienti 10 minuti per assemblare l'intero sistema, rispetto alla giornata di lavoro necessaria con un package metallico in cui vi sono circa 100 elementi da assemblare. Poiché Centellis 500 è un prodotto concepito ex novo, tutti i suoi componenti sono dimensionati in modo che non vi siano ridondanze. Ciò vale, ad esempio, anche per il modulo di alimentazione, che è stato progettato su misura per questo sistema (mentre i precedenti moduli erano dimensionati in modo da fornire una potenza maggiore dello stretto necessario), per quello con il processore e anche per il sistema di raffreddamento che è realizzato con due ventilatori, mentre nei sistemi MicroTCA precedenti ve ne erano otto.
Va tuttavia tenuto presente che questo prodotto, anche dopo la “cura dimagrante”, rappresenta un sistema MicroTCA completo di tutti i componenti necessari, i più importanti dei quali sono:

  • - il backplane per una velocità di trasmissione pari a 3,125 GBaud;
  • - il modulo di alimentazione da 48 VCC;
  • - il modulo MicroTCA carrier hub (MCH) per Gigabit Ethernet;
  • - la scheda di elaborazione dati PrAMC-7211 con processore Intel Core 2 Duo avente una frequenza di clock pari a 1,5 GHz;
  • - due ventilatori per il raffreddamento;
  • - tre slot liberi per le schede payload progettate dall'utente.

Il prodotto viene fornito dopo essere stato completamente verificato e testato (fra l'altro tramite una prova di carico della durata di 48 ore) ed è conforme alle seguenti norme PICMG: MicroTCA.0 R1.0, AMC.0 R2, AMC.1, AMC.2, AMC.3.
Fa parte del sistema anche il software SpiderWareM³, per il management della piattaforma, il cui uso è facile da apprendersi con l'aiuto dell'interfaccia utente grafica GUI. SpiderWareM³ consente di amministrare, ispezionare e sorvegliare il funzionamento dell'intero sistema tramite un Pc. Grazie alle ridotte dimensioni (circa 445 x 65 x 305 mm2) e al suo peso pari a circa 3,86 kg, Centellis 500 è facilmente trasportabile e può essere sistemato quasi ovunque, anche in prossimità di un posto di lavoro. Ciò è reso fra l'altro possibile dall'efficace impianto di ventilazione controllato dinamicamente, di modo che la velocità delle ventole viene costantemente adeguata alla situazione termica istantanea. In questa maniera il livello di rumore prodotto dai ventilatori si mantiene sempre entro i limiti imposti dalle norme ETSI ETS 300 753 Class T3.1. I ventilatori forniscono un flusso d'aria massimo pari a 32 cfm (cubic feet per minute, piedi cubi al minuto) permettendo di utilizzare il sistema con temperatura ambiente compresa fra 5 °C e 40 °C.

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