Couverture ElectroniqueS n°127

Avec l'avènement de la spécification Vita 46, ou VPX, le VME quitte les rives traditionnelles des communications série en fond de panier, pour passer à des technologies de commutation entre cartes. Avec à la clé une bande passante disponible très élevée et une flexibilité sans précédent dans la mise en &oelig;uvre d'un système. Ratifiée définitivement en octobre dernier par le Vita (VME international trade association), la spécification Vita 46 (1), autrement appelée VPX (2), marque un tournant d'envergure dans la déjà longue histoire du VME. En effet, parmi les architectures de bus en fond de panier, le VME fait figure d'exception, car il est de très loin le plus ancien standard du marché, son origine remontant à l'année 1981. Pourtant, malgré ces vingt-six années d'existence, il continue à tenir son rang face aux autres technologies de bus, pour représenter encore environ 30 % du marché global des cartes industrielles, voire au-delà de 50 % dans certains domaines d'application, comme le militaire et les systèmes de défense (selon les chiffres de VDC 2004 et 2005). A noter que la France joue un rôle particulier sur ce marché, car en Europe c'est elle qui compte le plus grand nombre d'applications VME, non seulement pour ce qui a trait aux projets existants, mais aussi pour les nouveaux développements.Cependant, malgré des évolutions technologiques notoires, comme la technologie 2eSST (2 edge source synchronous transfert) qui permet d'atteindre 300 Mo/s de bande passante en fond de panier, les valeurs de débits de données proposées par le VME sont largement insuffisantes pour répondre aux besoins de beaucoup d'applications actuelles, qui dépassent bien souvent le gigabit/s. En particulier les applications de traitement de signal où les cartes VME embarquent des DSP avec des capacités de calcul de plus en plus élevées, ou bien des FPGA avec des blocs d'entrées/sorties performants. Sans compter les technologies d'accès à des unités de stockage (Serial SCSI, Fibre Channel…) ou les systèmes d'acquisition de signaux vidéo. Pour gérer ces flots de données, il devient incontournable de passer à des architectures qui tirent parti des liens série haute vitesse, installés dans un châssis. Une première étape a été franchie avec la spécification Vita 31.1, qui a pour objet d'introduire au sein du fond de panier VME 64 un lien Ethernet en utilisant le connecteur P0 existant sur les cartes VME 64. Mais cette solution, initiée en 2003, ne s'est jamais vraiment développée et n'a connu aucun succès commercial. Une seconde étape, plus probante, est liée à la spécification Vita 41, plus connue sous le nom de VXS (VMEbus switched serial standard). L'objectif ici est plus ambitieux, puisqu'il s'agit de remplacer le traditionnel connecteur P0 des architectures VME 64 par un connecteur spécifique, capable de supporter des débits élevés, le MultiGigRT2 de Tyco Electronics. Celui-ci, doté de 68 broches (dont 30 paires différentielles), accepte des signaux à une fréquence de 2,5 GHz, contre 1 GHz pour le connecteur P0 traditionnel du VME à cinq rangées et 95 broches. Il est conçu pour supporter deux groupes de quatre ports séries commutables fonctionnant en mode full duplex. Des débits jusqu'à 4 Go/s sont ainsi envisageables avec cette architecture. Avec le VXS, uniquement spécifié en format 6U, il devient possible tout en gardant une stricte compatibilité avec le VME 64 de bâtir des systèmes commutés, en simple ou double étoile (la spécification prévoit que deux emplacements par châssis sont dévolus aux cartes de commutation) avec le choix pour les protocoles entre les technologies Infiniband, Serial RapidIO (d'ores et déjà finalisés sous les références Vita 41.1 et 41.2), Ethernet et PCI Express (sous les références Vita 41.3 et 41.4). Cette solution, qui ouvre la porte à la construction d'architectures commutées avec le VME, sans avoir forcément à remettre en cause la totalité de ses investissements, rencontre un succès commercial certain. Des châssis VXS sont présents sur le marché, chez Elma Electronics ou Hybricon, alors que du côté des cartes unité centrale ou de traitement, GE Fanuc (lié aux rachats de SBS Technologies et Radstone), Pentek, VMetro, TEK Microsystems, Emerson (lié au rachat de Motorola) proposent une offre conséquente.Mais, sous la pression de grands utilisateurs dans les domaines militaires et de l'avionique, et pour aller plus loin en franchissant le pas vers des architectures entièrement commutées, le Vita a initialisé en 2004 la spécification Vita 46, appelée communément VPX, dont les travaux ont vu leur aboutissement en octobre dernier.Une technologie conçue pour le long termeUne des conséquences de cette flexibilité extrêmement poussée est qu'il n'existe pas à proprement parler de fond de panier standard pour le VPX. C'est là aussi une différence très importante avec les spécifications antérieures. En effet, alors que le VME ou le VXS étaient des normes centrées sur la définition de cartes, avec la notion d'interopérabilité dans un châssis lui aussi standardisé, le VPX possède des spécifications orientées vers la notion de système. Dans cette approche, l'utilisateur construit un système avec l'obligation de définir une carte fond de panier adaptée aux multiples choix qu'il aura fait, en termes de topologies, de mélanges de cartes (VME et/ou VXS et VPX) et de types d'alimentation. Un défi à relever pour les fournisseurs traditionnels de châssis et de cartes de fond de panier (Elma Bustronics, Hybricon…) qui doivent s'adapter à cette nouvelle donne (photo C).Au-delà, avec le VPX, le Vita a choisi de débuter un cycle technologique long, basé sur des choix techniques très ouverts, qui devraient permettre de répondre aux besoins exigeants des applications de traitement de données complexes sur les dix prochaines années.Le VPX, qui débute sa carrière commerciale (tableau), va d'abord attaquer des niches de marché, essentiellement dans le domaine de la défense, où les cartes commerciales étaient jusque-là incapables de satisfaire aux performances exigées (dans les radars, les systèmes graphiques haut de gamme, la simulation embarquée…). En ce sens, le VPX ne va pas pour l'instant se substituer aux systèmes existants, mais va plutôt élargir le domaine d'intervention des fournisseurs de cartes, qui disposent déjà d'un vaste catalogue de cartes VME et VXS. Ceux-ci trouvent avec le VPX un relais de croissance important, le marché du VME étant à l'heure actuelle essentiellement un marché de remplacement en faible progression. En d'autres termes, alors que le VME était devenu au fil des ans un marché de masse, l'évolution des technologies fait qu'aujourd'hui le VPX cible uniquement un marché d'application très haut de gamme, à relativement faible volume et très forte valeur ajoutée.Enfin, en dehors de ce marché militaire, qui va absorber les premières ventes de systèmes VPX, ce standard pourrait aussi intéresser à terme d'autres segments de marché, notamment par le biais du format 3U qui présente une alternative intéressante par rapport aux standards existants pour les systèmes de petite taille, compacts, performants et adaptés aux environnements sévères.(1) Le groupe de travail du Vita 46, initié en 2002 et créé formellement en 2004, comprenait outre les fabricants de cartes et de connecteurs comme Mercury Computer Systems, Curtis Wright Controls Embedded Computing, Radstone, SBS Technologies, Sky Computers, Tyco Elecronics, FCI, Bustronic, Hybricon et Schroff, l'avionneur Boeing et la marine militaire américaine représentée par le Naval Surface Warfare Center.(2) VPX est le sigle de Virtual Path cross-connect, la lettre X signifiant cette notion de commutation indiquée par le terme cross-connect.I. - XMC, la mezzanine du VPXReprenant les dimensions mécaniques des cartes mezzanines PMC et PrPMC (carte mezzanine PMC embarquant un processeur), les cartes XMC (Switched mezzanine cards) sont conçues pour réaliser une architecture commutée avec la carte porteuse sur laquelle elles sont connectées. Le standard Vita 42, qui porte sur ces cartes, spécifie qu'elles intègrent deux connecteurs haute vitesse, capables de supporter des signaux à haute vitesse, jusqu'à 2,5 Gbits/s. Ces connecteurs sont constitués chacun de 20 paires différentielles associées à quelques signaux additionnels pour la gestion de la carte et le support du Jtag (pour la configuration et le test de la carte). Comme pour les standards Vita 41 ou 46, ces cartes mezzanines sont agnostiques vis-à-vis de la technologie utilisée pour communiquer avec la carte porteuse. Les spécifications Vita 42.1 portent sur la technologie Parallèle RapidIO, la Vita 42.2 sur Serial RapidIO et la Vita 42.3 sur PCI Express.II. - Vita 57, ou comment simplifier les mezzanines d'entrées/sortiesL'objectif de la nouvelle spécification Vita 57, ou FMC (FPGA I/O mezzanine card), adaptée aux cartes VME, VXS et VPX, est de décrire un format de cartes mezzanine qui simplifie la gestion d'entrées/sorties d'un système en tirant parti de la présence de FPGA sur les cartes porteuses.Ainsi, au lieu d'avoir à intégrer un FPGA sur la carte mezzanine et de le programmer pour la gestion du protocole d'échange avec la carte porteuse, les prétraitements des entrées/sorties sont réalisés sur la mezzanine, simplifiant ainsi sa conception. La taille de ce module est de 69 x 76,5 mm, soit approximativement la moitié d'une carte PMC, ce qui autorise de mettre trois cartes FMC sur une carte 6 U. Le connecteur utilisé sur cette mezzanine est le modèle SeaRay de chez Molex, doté de 400 broches (en version HPC, High pin count) ou 160 broches (en version LPC, Low pin count), capable de supporter des bandes passantes de 10 Gbits/s. La société norvégienne VMetro, qui s'est investie sur ce standard, compte proposer dans les mois qui viennent plusieurs cartes Vita 57, dont notamment une basée sur un double convertisseur analogique-numérique de chez Texas Instruments (le TI ADS5463 doté d'une fréquence d'échantillonnage de 500 Méch./s sur 12 bits).

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