Menüü
· Viimane number
· A&A konverentsi slaidid
· Küberturve
· Tudengitelt
· E-õpe
· Videomaterjalid
· Avalikud loengud
· Ilmunud numbrid
· Magistrirubriik
· Teemad
· Otsi
· Tellimine
· Küsitlused
· Soovita meid
· Tagasiside
· Top 10
· Statistika
· Toimetuskolleegium

Logi sisse
Kasutajanimi

Parool

Registreeri kasutajaks
Unustasid parooli?

Kuumvahetusmoodulid
Postitatud: Monday, February 03 @ 16:34:56 EET by Arvo Toomsalu

Riistvara
Ilmus numbris 04/1999


Moodulkonstruktsioonid on arvutustehnikas ja automaatikas kasutusel olnud juba pikemat aega. Paljudes andmehõivesüsteemides on eluliselt vajalik, et tõrke esinemisel asendataks rikkis element võimalikult kiiresti korrasolevaga. Lühendamaks aega, mis kulub seadme töövõime taastamisele, rakendatakse üha sagedamini moodulite kuumvahetust. Erinevates arvutisüsteemides nimetatakse vahetatavaid konstruktiivseid üksusi mitmeti - funktsionaalsed moodulid, kaardid, trükiplaadid. Edaspidi nimetame neid lihtsalt mooduliteks.

Erinevalt aga n-ö tavamooduleist saab kuumvahetusmooduleid süsteemi talitluse käigus välja vahetada, ilma et oleks vaja välja lülitada elektritoidet. Taoliste moodulite mehaaniline, aga mis eriti oluline - elektriline kommutatsioon toimub pingestatud vooluahelates, toiming, mis on täiesti lubamatu tavamoodulite puhul, sest see seaks otsesesse ohtu moodulites olevad loogikalülitused.

Säilitamaks moodulsüsteemides laiendatavust, eriti kuumvahetust võimaldavate moodulite kasutamisel, rakendatakse neis tsentraliseeritud elektritoite asemel hajutatud toidet. Selleks varustatakse moodulid individuaalsete (lokaalsete) toitelülitustega, mis mooduli piires moodustavad kõik vajalikud toitepinged. Lokaalseid toitelülitusi varustab elektrienergiaga suure koormustaluvusega tsentraalne toiteplokk või -plokid. Moodulites olevad individuaalsed toitelülitused formeerivad loogikalülitustele vajalikke toitepingeid ja juhivad ajaliselt ka nende pingestamisprotsesse. Samuti on nende ülesandeks mooduli kommutatsioonil tekkivate voolutõugete ja impulsshäiringute kõrvaldamine.

MOODULITE ELEKTRITOITE OHJE

Moodulsüsteemides seotakse üksikud moodulid tervikuks kas emaplaadi või krossplaadi abil. Emaplaadiga varianti kasutatakse tavaliselt madala ja keskmise jõudlusega laiatarbe-personaalarvuteis. Aparatuurimahukais arvuteis, näiteks võimsates serverites, kus on vaja tagada süsteemi lihtne laiendatavus, kõrge jõudlus ja töökindlus, on kasutusel enamasti krossplaadivariant. Krossplaat koos tema külge ühendatud moodulitega paigutatakse omakorda standardsesse raamistikku. Sellist konstruktiivset üksust nimetatakse plokiks. Kaasaegsetes kõrgjõudlusega servereis on harilikult rohkem kui üks plokk. Võrreldes emaplaadiga pakub krossplaat suuremat mehaanilist tugevust, seega on see kuumvahetusmoodulitega süsteemidele sobivam.

Krossplaadid võivad olla kas aktiivsed või passiivsed, viimased ei sisalda aktiivkomponente, vaid ainult ühendusliine. Põhimõtteliselt võib krossplaadiga ühendada nii tavalisi kui ka kuumvahetusmooduleid. Moodulite kuumvahetus toob krossplaatide projekteerimisel kaasa mitmeid lisaprobleeme. Keskne on küsimus: kuidas sooritada kommutatsiooniprotsesse, ilma et seeläbi ohustataks teisi töötavaid (pingestatud) mooduleid ja muidugi asendatavat moodulit ennast.

Moodulite kuumvahetusel etendavad olulist osa lokaalsed toitelülitused. Enamasti leiavad neis kasutamist kas LDO-tüüpi (LDO - Low Drop-out) lineaarsed pingeregulaatorid või HSPM-võimsusohjurid (HSPM - Hot Swap Power Manager).

LDO-regulaatori ülesandeks on jälgida, vajadusel ka reguleerida, et toitelülituse väljundpinged vastaksid ettenähtud nimiväärtustele. Lülitus töötab pidevreguleerimise reûiimis. Kui LDO-regulaatorist tarbitav vool ületab lubatava, lülitub seade automaatselt voolupiirdereûiimi. Lühise korral hakkab regulaator tööle aga impulssreûiimis. Sel juhul väljastab LDO-regulaator alalispinge asemel impulsspinget. Näiteks tüüpilise 3% koormustsükli korral on mooduli loogikalülituste toitepingete sisse- ja väljalülitatud olekute ajaline kestus suhtes 1:32.

Erinevalt LDO-regulaatoreist ei reguleerita HSPM-lülitustes väljundpinget pidevalt, vaid nad käivituvad üksnes suurenenud koormusvoolu korral. Olenevalt koormusvoolust siirdub HSPM-võimsusohjur kas voolupiirde- või impulssireûiimi. Võrreldes LDO-regulaatoritega on HSPM-võimsusohjurid märksa paindlikumad. Neis saab programselt muuta koormusvoolude lubatavaid piirväärtusi ja ajavahemiku kestust, mille vältel võib koormusvool ületada nimiväärtust.

Aktiivsetel krossplaatidel asuvad LDO-regulaatorid ja HSPM-võimsusohjurid otse krossplaadil, mooduleis mingeid täiendavaid elektritoite ohjega seotud lülitusi ei kasutata. Passiivsete krossplaatide korral on olukord vastupidine, kõik moodulite elektritoiteküsimused lahendatakse vastavas moodulis. Et valdav osa praegu toodetavaist funktsionaalseist mooduleist ei ole ette nähtud kuumvahetuseks, siis eelistatakse arvutisüsteemides kasutada passiivseid krossplaate. See ei tähenda, et tavamoodulitega süsteemi ei võiks täiendada kuumvahetusmoodulitega, kuid sel juhul peavad kuumvahetuseks vajalikud tingimused tagama kuumvahetusmoodulid ise. Kuidas erinevate moodulite kuumvahetus praktiliselt toimub, sõltub nende vahetatavuse tasemest.

COMPACTPCI SPETSIFIKATSIOON

Sellega, millistele nõuetele peaksid vastama erinevate tasemete kuumvahetusmoodulid, on väga põhjalikult tegeldud PICMGs - PCI Industrial Computers Manufactures Groupis. See grupp töötas 1997. aastal välja üksikasjaliku spetsifikatsiooni PICMG 2.0 R2.1, mida võiks nimetada de facto standardiks. See näeb ette kolme kuumvahetuse taset: kõrg-, kesk- ja baastase.

Spetsifikatsiooni kohaselt on nõutav, et kuumvahetusmoodulite kasutamisel peab moodulite kommutatsioonil olema tagatud krossplaadi ühendussiinide isoleerimine ja toitepingete ohje. Et moodsate lausintegratsiooniga loogikalülituste voolutarve võib küündida kümnetesse ampritesse, siis on spetsifikatsioonis hoolikalt läbi töötatud küsimused, kuidas vältida moodulite ühenduspistikute kommutatsioonilisi kahjustusi ning võidelda süsteemi toitepingete hetkehäiringutega.

Kuumvahetusmoodulite ühendamisel kross- plaadiga ei toimu pistikutes kõigi kontaktide üheaegne kommutatsioon, vaid eri funktsioone täitvad kontaktid lülituvad tööle kindlas järjestuses. Selleks kasutatakse nn astmeliste (erineva pikkusega) kontaktidega isaspistikuid (M-pistikuid). Kommutatsioonil ühendub isas-emaspistikupaaris (paaris M-F) osa kontaktpaare kokku (lahti) varem (hiljem) kui ülejäänud.

Kuumvahetusmoodulid varustatakse harilikult pistikutega, milles on kolme eri pikkusega kontaktid. Mooduli ühendamisel krossplaadiga kontakteeruvad esimestena (mooduli lahtiühendamisel lahutuvad aga viimastena) kontaktpaarid, mille kaudu antakse toitepinged mooduli trükiplaadile. Seejärel ühenduvad kontaktid, mille kaudu informeeritakse süsteemi juhtseadet sellest, et süsteemi on lülitatud uus moodul (ühtlasi tuvastatakse lisatud mooduli asukoht) ning et selle loogikalülitused on eelpingestatud. Viimasena ühenduvad mooduli ja krossplaadi informatsioonisiinide (andme-, aadressi- ja juhtsiinide) liinid. Pärast mooduli pistiku(-te) kõigi kontaktide ühendumist käivitatakse eritarkvara, mis installeerib lisatud mooduli arvutisüsteemi nii füüsiliselt kui ka loogiliselt. Selleks viiakse moodulis kõik loogikalülitused ettenähtud olekusse. Kuumvahetusprotsessi automatiseeritus sõltub vahetatava mooduli "arukuse" tasemest. Kõige vähem on vahetusprotsess automatiseeritud baastaseme mooduleil. Nende kasutamisel peab inimene (operaator) sooritama terve rea operatsioone käsitsi.

Näiteks baastaseme rikkis mooduli kõrvaldamiseks süsteemist tuleb selles esmalt lõpetada infotöötlus. Selleks peab operaator käivitama vastava tarkvara, mis teadustab vahetatavale moodulile, et too lülitaks end ise esmalt loogiliselt "lahti" krossplaadi süsteemisiinidelt ning seejärel lülitaks välja mooduli lokaalse elektritoitesüsteemi. Alles pärast nende toimingute lõppemist tohib mooduli krossplaadilt füüsiliselt eemaldada.

Kesktaseme kuumvahetusmooduleis hoiatatakse arvutisüsteemi eelseisvast vahetusest ette automaatselt. Vastavalt PCI spetsifikatsioonile peavad selle taseme kuumvahetusmoodulid olema varustatud lülitiga, mis teadvustab süsteemi juhtseadet kavatsetavast moodulivahetusest. Midagi keerulist pole selleks vaja, piisab mikrolülitist. Mikrolüliti ühendatakse mooduli plokiga mehaanilise fiksaatoriga (ekstraktoriga). Niipea kui fiksaator vabastatakse lukustusasendist, käivitub mikrolüliti ja saadab süsteemi juhtseadmesse hoiatussignaali. Saabunud signaali toimel käivitab operatsioonisüsteem protsessid, mis tagavad mooduli ohutu automaatse loogilise eraldamise krossplaadist. Mooduli lisamisel plokki saabub hoiatussignaal juhtseadmesse siis, kui mooduli kinniti lukustatakse. Signaali toimel käivitub automaatselt mooduli süsteemi installeerimise protsess. Seega langeb ära vajadus, et seda teeks operaator nagu baastaseme moodulite korral.

Lisaks mikrolülitile on kesktaseme kuumvahetusmoodulid varustatud valgusdioodindikaatoriga. Kui arvutisüsteem lõpetab mooduli süsteemist loogiliseks kõrvaldamiseks vajalikud toimingud, siis süüdatakse indikaator, andmaks märku, et nüüd võib operaator mooduli füüsiliselt kõrvaldada.

Kõrgtaseme kuumvahetusmooduleis saab tarkvaraliselt kontrollida, kas mingi moodul on süsteemi lülitatud või mitte. Kui moodul on süsteemis füüsiliselt olemas, siis võib operatsioonisüsteem ise anda korralduse selle loogikalülituste pingestamiseks ning viib läbi mooduli installatsiooniprotsessi. See omadus on eriti kasulik automaatselt rekonfigureeritava struktuuriga arvutisüsteemide jaoks.

Kõrgtaseme kuumvahetusmoodulid pakuvad veel teisigi võimalusi. Juhul kui süsteemis on näiteks kaks funktsionaalset identset kuumvahetusmoodulit, siis saab neid integreerida süsteemi üheaegselt (paralleelselt). Seeläbi lüheneb aeg, mis kulub moodulite vahetamisele ja ühtlasi paranevad süsteemi jõudlus ning töökindlus. Kui arvutisüsteemi testimisel avastatakse vigaseid mooduleid, siis on tarkvara suuteline neid süsteemist automaatselt välja lülitama ning seejärel kogu süsteemi struktuuri ümber konfigureerima. Protsess toimub ilma inimese vahelesegamiseta.

Kuumvahetusmoodulite laienev kasutamine ärgitab mikrolülituste tootjaid kiiremini ajakohastama oma tooteid, vastamaks uutele nõutele. Näiteks firma DEC kavatseb PCI-liideste omavaheliseks sidestamiseks lisada kasutatavaisse mikrolülitustesse täiendavaid loogikalülitusi, mis võimaldaksid kiipe rakendada kuumvahetusmooduleis. PLX-Technology kavandab kuumvahetust toetavate juhtregistrite lisamist oma PCI-liideskiipidesse.

Funktsionaalsete moodulite korrektsel kuumvahetusel on oluline roll täita toetustarkvaral. Mitmed firmad on teatanud, et kavatsevad täiendada olemasolevaid tarkvaravahendeid (Windows NT 5.0, Unixware 7 jt) kuumvahetust toetavate eridraiveritega.

Praegu pakuvad arvutimoodulite kuumvahetuse probleemid kõige otsesemat huvi siiski eeskätt võimsate serverite tootjaile ja kasutajaile. Kuid kaudselt puudutavad need küsimused kõiki, kes iga päev kasutavad nüüdisaegseid infosüsteeme, suheldes kas pankade arvutivõrkudega või üksteisega läbi globaalsidevõrkude.


Arvo Toomsalu
TTÜ arvutitehnika instituut


 
Seotud lingid
· Veel Riistvara


Kõige populaarsem artikkel kategoorias Riistvara:
Vana flopiseadme uus nägu


Artikli reiting
Keskmine tulemus: 0
Hääled: 0

Oleks tore kui sa annaksid sellele artiklile oma hinnangu:

Super!
Väga hea
Hea
Keskmine
Halb





All logos and trademarks in the site are property of their respective owner(s). Comments are property of their posters, all the rest © 2003 by A&A
A&A elektrooniline väljaanne on valminud IT Kolledži toetusel.
Sait kasutab PHP-Nuke mootorit © 2002. Kõik õigused reserveeritud. PHP-Nuke on GNU/GPL litsensiga tasuta levitatav tarkvara.
Lehe loomiseks kulus: 0.140 sekundit