FASTBUS

FASTBUS (FASTBUS)
Tipo de	pneu
História
Desenvolvedor	Comitê Conjunto NIM / CAMAC do Departamento de Energia dos Estados Unidos
Desenvolvido	1984
expulso	NIM , CAMAC
Especificações
Troca a quente	Sim
Externo	Sim
Opções de dados
Largura de bits	32
Largura de banda	80 Mbps
Protocolo	paralelo

FASTBUS (IEEE 960)  é um padrão de sistema de barramento e grade de computador destinado pelos desenvolvedores a substituir padrões anteriores, como CAMAC e NIM . Projetado para sistemas de aquisição de dados de alta velocidade , o FASTBUS é frequentemente usado em sistemas de aquisição de dados de detectores de partículas .

História

Fundo

O FASTBUS foi concebido como um substituto para NIM e CAMAC em sistemas de aquisição de dados usados ​​em experimentos de física. Na época do desenvolvimento, ambos os sistemas anteriores já eram amplamente utilizados - NIM, principalmente nos EUA e Canadá, CAMAC - principalmente na Europa. No processo de trabalhar com eles, os pesquisadores identificaram uma série de deficiências, que se tornaram o motivo de um novo desenvolvimento. As limitações do CAMAC eram a baixa largura de banda do barramento de transmissão de dados operando a uma frequência de 1 MHz, a pequena largura do barramento (24 bits), a orientação da arquitetura original do CAMAC para trabalhar com um único controlador de caixa e a complicado esquema de comunicação entre caixas através do mecanismo CAMAC Branch Highway. Além disso, um defeito significativo no projeto original do CAMAC era a limitação do espaço de endereçamento do barramento para 4 bits, o que permitia usar apenas 16 endereços de dispositivo dentro do engradado . O desenvolvimento posterior do protocolo por vários fabricantes permitiu, em parte, contornar este problema, mas criou problemas de compatibilidade entre módulos CAMAC de diferentes origens.

O NIM, por outro lado, simplesmente não era adequado para tarefas de coleta de dados, o controle dos módulos nele estava vinculado à fonte de alimentação, não havia um método padronizado de comunicação entre módulos.

Início do desenvolvimento

Em meados da década de 1970, tanto o comitê conjunto NIM/CAMAC quanto, em geral, a comunidade de físicos experimentais que trabalham em física de altas energias chegaram à conclusão de que futuros experimentos nessa área sofreriam limitações técnicas causadas pela largura de banda limitada do barramento. e as complexidades de sua arquitetura, que criam problemas para a coleta de dados distribuída e paralela. Como resultado, em 1975, a pedido de membros da comunidade, o Comitê Conjunto NIM/CAMAC começou a estudar esse problema, formando um grupo de estudos denominado Grupo de Estudos de Sistemas Avançados NIM . Este grupo de pesquisa precedeu o grupo de trabalho de desenvolvimento FASTBUS chamado NIM Fast System Design Group (FSDG) . Os rascunhos preliminares da especificação FASTBUS foram distribuídos por este grupo para potenciais usuários da tecnologia. Desde o início, os membros do Comitê Europeu ESONE , que trabalharam principalmente no CERN , estiveram ativamente envolvidos no trabalho do FSDG. Eles deram uma contribuição significativa para o desenvolvimento do padrão FASTBUS. Posteriormente, vários membros da ESONE estiveram envolvidos no desenvolvimento e revisão da documentação do FASTBUS e da tecnologia, formando um grupo de trabalho ad hoc chamado ESONE Advanced Systems Design Group para interagir com o FSDG .

Como resultado da discussão conjunta, a largura do barramento foi aumentada para 32 bits, a lógica ECL amplamente disponível mais rápida foi adotada para sua construção e a frequência do barramento foi aumentada. Como resultado, a taxa de transferência máxima do barramento foi aumentada para 80 Mbit/s . Naqueles anos, entre os desenvolvedores, a ideia comum era que o aumento máximo da largura de banda do barramento estava no sentido de aumentar simultaneamente sua largura e, ao mesmo tempo, a frequência do clock. Posteriormente, com a disseminação gradual das interfaces de dados seriais, essa ideia foi reconhecida como um beco sem saída.

Padronização

Após uma longa discussão em comitês e correspondência de trabalho entre os membros do comitê conjunto NIM / CAMAC, membros da ESONE e vários pesquisadores europeus, americanos e canadenses, a versão inicial do padrão foi lançada pelo comitê NIM / CAMAC como o documento Relatório do Departamento de Energia dos EUA DOE / ER-0189 .

A aprovação inicial como padrão IEEE 960 foi recebida em maio de 1984. A versão final do padrão 960-1986: "IEEE Standard FASTBUS Modular High-Speed ​​Data Acquisition and Control System" foi adotada em 1986.

No futuro, vários desenvolvedores e fabricantes de equipamentos propuseram e implementaram suas próprias extensões do padrão, mas não passaram mais pela padronização oficial em organizações ocidentais e internacionais.

Na URSS e na Rússia

Na URSS e na Rússia, a padronização FASTBUS foi realizada na forma de padrões GOST 34.340-91 FASTBUS. Sistema modular de aquisição de dados de alta velocidade e rotinas padrão GOST 34.341-93 FASTBAS , publicado sob a editoria científica de Kronid Erglis . Como anexo à primeira das normas, foi lançada uma extensão doméstica do FASTBUS, definindo pequenos engradados e módulos ( FASTBUS Extended ) .

Por sua própria admissão, Kronid Erglis, na Rússia, o padrão estava irremediavelmente atrasado para implementação . O equipamento doméstico neste padrão não foi produzido em massa, todos os desenvolvimentos foram limitados a lotes piloto produzidos no interesse dos físicos experimentais soviéticos e, então, russos.

Implicações, resultados de desenvolvimento e situação atual

O equipamento FASTBUS foi usado em muitos experimentos de física de alta energia durante a década de 1980, principalmente em laboratórios envolvidos no desenvolvimento do próprio padrão. A lista dessas instituições científicas inclui CERN , SLAC , Fermilab , Brookhaven National Laboratory e Canadian National Laboratory TRIUMF .

No padrão FASTBUS, pela primeira vez para tais sistemas, foi definido um padrão para uma rede local de informações de configuração arbitrária, operando em um protocolo lógico comum a módulos, grades e a rede, ou seja, comum para transmissão de dados dentro de um sistema informático separado e entre os mesmos sistemas . Assim, Fastbus pode ser considerado como o primeiro padrão totalmente completo para um sistema de barramento modular unificado .

Problemas de confiabilidade no projeto de chips transmissores, dificuldades de projeto na conexão de dispositivos individuais com um cabo paralelo amplo e a falta de amplo suporte da indústria impediram que todo o potencial desse sistema fosse realizado.

As próximas etapas no desenvolvimento desta área do pensamento técnico foi o desenvolvimento de padrões Scalable Coherent Interface , realizado por parte dos ex-desenvolvedores do FASTBUS e um padrão similar concorrente com o FASTBUS Futurebus , unidos sob a liderança do Prof. D. B. Gustavson . O desenvolvimento do próprio FASTBUS foi concluído, embora vários fabricantes tenham lançado suas próprias extensões.

Atualmente , o equipamento FASTBUS continua a ser produzido por várias empresas que orientam seus produtos principalmente para uso em experimentos físicos pelo CERN e outras organizações de pesquisa semelhantes.

Descrição do sistema

Dimensões e layout

O subrack FASTBUS é ligeiramente mais alto que outros tipos de subracks . A fonte de alimentação para um subrack FASTBUS geralmente é montada abaixo do próprio subrack, não embutida.

A caixa FASTBUS suporta até 26 módulos. A norma define módulos de diferentes espessuras - simples, duplos, triplos e até seis. Módulos mais espessos ocupam o número correspondente de posições na caixa e cobrem conectores adicionais do painel traseiro .

Eletrônica

O FASTBUS usa a lógica ECL como o principal padrão elétrico , que fornece uma operação mais rápida que a lógica TTL e cria menos ruído durante a comutação. A duração das frentes de pulso durante a transmissão de dados pelo barramento é reduzida por um fator de 10 em relação ao CAMAC - até 10 ns .

No entanto, as linhas de energia para lógica TTL e lógica NIM também são definidas dentro do padrão . As linhas de alimentação de -5,2, 0 e -2 volts devem estar disponíveis para os módulos. Para implementação opcional, as linhas de energia +5, −2 são definidas; +15 ou -15V. Além disso, dois trilhos de +28V podem ser adicionados para alimentar módulos analógicos, dispositivos especiais, etc.

Cada módulo na caixa pode consumir até 70 watts, a carga total na caixa é permitida até 1750 watts.

Dispositivo de nível de barramento e rede

O sistema FASTBUS consiste em um ou mais segmentos. Os segmentos são divididos em segmentos de caixa e segmentos de cabo. Os segmentos são conectados através de conectores entre segmentos (também são segmentadores, iterconnect de segmento, SI ). Segmentadores de buffer e segmentadores com lógica de roteamento adicional também foram propostos como uma extensão do padrão.

O segmento de engradado inclui um backplane com módulos instalados nele, o segmento de cabo inclui equipamentos dispostos arbitrariamente conectados aos conectores de barramento paralelo de 32 bits.

Os sistemas pequenos podem incluir um ou mais segmentos de grade diretamente conectados ao computador central sem o uso de segmentadores.

Os segmentos usam um barramento de dados de 32 bits que multiplexa o endereço e a transmissão de dados pelos mesmos fios. O módulo pode funcionar em modo mestre ou escravo . Vários módulos mestres podem funcionar em um segmento. O FASTBUS define um algoritmo de arbitragem quando vários mestres tentam capturar um segmento ao mesmo tempo. O módulo mestre gerencia a transferência de dados sobre o segmento, iniciando e terminando de forma independente ou passando os comandos apropriados para os módulos escravos. Este esquema permite a saída muito rápida dos dados coletados do segmento relacionado ao sistema de aquisição de dados . Cada um dos módulos mestres de E/S pode bloquear a transferência sequencialmente, completar a captura do barramento e transferir o controle para o próximo módulo na cadeia sem carregar o módulo de controle, que contém o processador de uso geral.

O sistema suporta tipos lógicos e geográficos de endereçamento. A primeira baseia-se na atribuição de um endereço lógico de 32 bits aos dispositivos, válido no segmento local ou em toda a rede FASTBUS e não é obrigatório para implementação pelos fabricantes de módulos. O segundo é baseado na posição do módulo endereçado no engradado e é obrigatório .

Interfaces de programação

O padrão FASTBUS define estruturas de dados padrão e um conjunto de chamadas de API de baixo nível que permitem que o barramento seja manipulado a partir de linguagens arbitrárias de alto nível.