Стандарты информационных систем

Современные открытые международные стандарты для построения интегрированных измерительных и управляющих систем реального времени

С появлением в 60-х годах серийных мини-ЭВМ все более широкое распространение стали получать системы сбора данных и автоматизации управления процессами в промышленности и научных экспериментах. Необходимость сопряжения большого количества различных объектов с различными ЭВМ вступила в противоречие со стоимостью и уроками разработки устройств сопряжения.

Введение

Эти трудности вызвали к жизни идею разработки единого стандартного интерфейса для устройств связи с объектами, основанного на принципе модульности. Первым из получивших широкое распространение международных стандартов на маги-стрально-модульные системы стал принятый в 1968 г. стандарт САМАС. В дальнейшем появилось много различных конкурирующих стандартов, имевших разную степень распространения. На сегодняшний день абсолютное большинство мировых производителей средств вычислительной техники и систем автоматизации на их основе, стремясь повысить конкурентноспособность своих изделий, практически отказываются от применения нестандартных технических решений, ориентируясь на микропроцессоры, шины и другие аппаратные (печатные платы разных рамеров, крейты, стойки и т.п.) и программные средства, являющиеся стандартами де-факто и де-юре.

Обзор состояния мирового рынка промышленных ММС

Сегодня ситуация на мировом рынке промышленных маги-стрально-модульных систем (ММС) характеризуется бесспорным лидерством на фоне достаточно широкого выбора различных модульных интерфейсов наиболее популярной высокопроизводительной шины VMEbus. Объем продаж модульной продукции VME по годам в млн. долларов, с учетом прогноза развития рынка до 1997 г. (по данным Venture Development Corporation) показан на рис.1.

Рис. 1. Объём продаж аппаратуры УМЕ

Обобщенные результаты маркетинговых исследований рынка высокопроизводительных промышленных ММС, проведенных корпорацией Venture Development Co., на рис. 2.

Рис.2. Общий объём продаж в 1995 г.

В таблице 1 показаны результаты маркетингового опроса, проведенного в США фирмой Venture Development Corporation. Исследования касались выбора крупнейшими промышленными и военными компаниями типа OEM (системными интеграторами - поставщиками комплексных систем) и конечными пользователями шинной/бесшинной архитектуры для построения встроенных систем управления реального времени. Результаты приведены в % от общего количества (299) опрошенных респондентов - ведущих технических экспертов соответствующих компаний.

Действительно, на сегодняшний день около 50% всей техники для встроенных систем управления реального времени выполняется на базе стандартов VME/VXIbus.

Впервые шина VMEbus была анонсирована во время традиционной международной выставки "SYSTEMS Show-81" в Мюнхене как новая 8/16/32-разрядная многопроцессорная шина, основанная на спецификации Versabus '(Versatile Backplane Bus) и механическом стандарте Евро-механика (Eurocard Mechanical Packating Standard). Подготовка нового стандарта осуществлена совместными усилиями фирм Motorola, Philips/Signetics и Mostec.

Сегодня VMEbus (VersaBus Module Eurocard) - это стандартная, наращиваемая, аппаратно- и программно-независимая многопроцессорная архитектура сопряжения самых различных устройств (процессоров, ЦАП, АЦП, сетевых и графических контроллеров и т. п.), принятая в качестве стандарта IEC (МЭК), ANSI, IEEE и другими международны-мии и национальными организациями по стандартизации.

Поддержка VMEbus осуществляется более, чем 300 фирмами-производителями и тысячами пользователей по всему миру. Стандарт VMEbus имеет один из самых впечатляющих успехов за всю историю развития каналов передачи информации, подтверждая верность идей ОТКРЫТОСТИ и КООПЕРАЦИИ в деле быстрого формирования и расширения рынка систем автоматизации и правильность принципа: "Лучше иметь маленькую долю большого рынка, чем львиную маленького". Что означает этот успех? Естественно, разное для разных людей. Для производителей он означает широкий коммерческий спрос на их продукцию, и, следовательно, прибыльность, для пользователей - доступность СОВМЕСТИМОЙ МОДУЛЬНОЙ продукции большого количества независимых производителей, которая может использоваться для построения как простейших, так и самых сложных систем. Вряд ли есть необходимость напоминать, что первое есть следствие последнего.

Табл.1

Эра VMEbus одновременно ознаменовала начало эпохи ОТКРЫТЫХ магистрально-модульных систем и ослабления знаменитого "NIH-фактора" в развитии индустрии автоматизации (not invented here - изобретено не здесь). Раньше продавцы строили свои отношения с покупателями на принципе "привязывания покупателя к своему продукту", объясняя это тем, что они могли обеспечить лучшие, чем у конкурента технические характеристики. Эта всеобщая традиция дробила рынок и препятствовала развитию промышленности. Благодаря VMEbus, эти отношения "пользователи купят то, что для них произведено" в большинстве своем заменены отношениями "мы произведем то, что пользователи хотят". Это здоровый переход и очевидный урок многим фирмам, все еще пытающимся привязать покупателей к своей продукции, определяя собственные стандарты на системы и микропрограммное обеспечение, попирая дух кооперации и открытости, приведшие VMEbus к успеху.

Слово "ОТКРЫТЫЕ"- возможно, одна из тех категорий в области промышленности, которой сегодня наиболее злоупотребляют.

ОТКРЫТОСТЬ - это не только и не столько техническая категория, сколько определение глобального процесса стандартизации аппаратных и программных архитектур, направленного на достижение аппаратно-программной совместимости и переносимости продуктов большого числа независимых поставщиков.

ОТКРЫТОСТЬ стандарта - основная причина, обеспечившая бурный успех VMEbus, как новая концепция развития рынка средств автоматизации означает:

Отсутствие патентов или авторских прав на спецификацию стандарта и его расширений.

Отсутствие лицензионной платы за использование стандарта.

Широкодоступные спецификации стандарта и его расширений. Это относится не только к базовым спецификациям, но и к связанным с ними дальнейшими расширениями.

Спецификации получены в результате открытого обсуждения и консенсуса между крупнейшими промышленными экспертами ведущих мировых фирм-производителей и пользователей.

"Право собственности" принадлежит некоммерческим профессиональным организациям IEEE, ISO, МЭК (IEC), ANSI и другим национальным и международным организациям.

Открытая система должна быть гибкой и обеспечивать работу 8/16/32/64-разрядных процессоров и любых устройств ввода/вывода соответствующей разрядности. Это позволяет при необходимости совершенствовать аппаратуру без особых затрат и неудобств, связанных с переходом к новой архитектуре при новых технологически изменениях.

ОТКРЫТОСТЬ - это провозглашение РАВНОГО ПРАВА для любого потенциального изготовителя участвовать в разработке и коммерческой эксплуатации технического стандарта.

Итак, основные составляющие мирового лидерства на рынке высокопроизводительных промышленных ММС VMEbus:

Истинная ОТКРЫТОСТЬ стандарта VMEbus (IEEE 1014,IEC821) и стандартов на его архитектурные дополненияVSBbus (IEEE1096), VMSbus (IEC 823, IEEE 1132), VICbus,гибкость архитектуры. Разработка на базе VMEbus стандартного интерфейса ММС для контрольно-измерительных систем VXIbus (VMEbus extension for Instrumentation),поддержанного всеми крупнейшими производителямисредств измерительной техники военного и гражданскогоприменения.

Поддержка стандарта большим числом фирм-производителей СОВМЕСТИМОЙ продукции (более 300 фирм) и тысячами пользователей по всему миру.

Использование популярнейшего стандарта "Евромеханика".

Поддержка 8/16/32 и 64-х разрядных архитектур.

Процессорная и технологическая независимость.

Хорошо проработанные и легкодоступные спецификации.

Высокие скоростные характеристики собственно шиныVMEbus-до 130 Мб/сек.

Наличие международной профессиональной ассоциации"VITA".

"VITA" (VFEA International Trade Association) - международная ассоциация в области VME-/VXI-/FUTUREbus+ и их расширений. Основными спонсорами "VITA" являются знаменитые американские фирмы MOTOROLA и SUN Microsystems и известная западногерманская компания PEP Modular Computers. Членами "VITA" являются около 100 европейских, американских, азиатских фирм-производителей СОВМЕСТИМОЙ продукции VMEbus. Среди них такие всемирно-известные фирмы, как DEC, Hewlett Packard, FORCE Computer, Radstone, Microware и многие другие.

Основной принцип "VITA": "Все, что хорошо для пользователей, безусловно хорошо для производителей, промышленности, страны и мира."

3. Основные технические особенности шины VMEbus и ее применений

Общие сведения

VMEbus - магистрально-модульная архитектура для по-ргроения вычислительных систем любой производительности, от настольных компьютеров до многопроцессорных супер-ЭВМ, от простых и дешевых промышленных контроллеров до мощнейших многопроцессорных распределенных систем управления десятками тысяч аналоговых и дискретных каналов ввода/вывода.

VMEbus - находит широкое применение в:

графических и информационных рабочих станциях;

системах автоматизации производства, в том числе работающих в тяжелых климатических условиях и агрессивных средах;

наземной и бортовой аппаратуре гражданского ивоенного назначения;

системах управления воздушным движением;

системах управления железнодорожным и автомобильным транспортом;

системах жизнеобеспечения и безопасности зданий исооружений;

мощных аэрокосмических тренажерных и радиолокационных системах;

правительственных и банковских коммуникационных системах;

автоматизации научных исследований;

геофизических системах;

распределенных системах экологического и сейсмического мониторинга;

измерительных приборах и диагностическомоборудовании;

системах связи и телекоммуникаций;

медицинской технике;

...и многих других приложениях систем автоматизации.

Основные области применения VMEbus в зависимости от объема рынка показаны на рис. 3 (обобщенные данные FORCE и PEP Modular Computers).

Рис. 3. Основные области применения VMEbus

Региональное распределение продаж VMEbus показано на рис. 4.

Рис. 4. Региональное распределение продаж

Этот рисунок наглядно демонстрирует тот факт, что наибольшее распространение системы VMEbus имеют в самых развитых в промышленном и военном отношении странах.

VMEbus обеспечивает наилучшее соотношение цена/производительность для системы в целом и предоставляет практически неограниченные возможности наращивания всех ресурсов.

Механические особенности

Конструктивно в основу VMEbus положен самый популярный механический стандарт - Евромеханика. В конечной системе может использоваться любое количество крейтов (каркас для установки модулей с объединительной магистралью VME, источником питания и вентиляцией), в каждом из которых может размещается до 21 модуля VMEbus. Модули соединяются через специальную многослойную объединительную плату с нормированным волновым сопротивлением и терминаторами на каждой сигнальной линии для обеспечения надежной передачи данных с высокими скоростями. В качестве разъемных соединителей используются высоконадежные 96-ти штырьковые соединители DIN602-3 (отечественный аналог - ОНП-8Н-105(106)-96/94X11). 8-ми и 16-ти разрядные модули имеют один разъем, 32/64 разрядные - два.

Конструктивная реализация VMEbus-систем - это, как правило, крейты настольного исполнения или крейты, встраиваемые в стойку (rackmount). Широко распространенный конструктив для VMEbus-крейтов - "башня" (tower). Вообще говоря, VMEbus-система может быть размещена в любом корпусе, имеющем стандартную объединительную панель и направляющие для установки модулей.

Идеальным компромиссом между требованиями минимизации габаритов и достаточной площади платы для размещения необходимого количества функций в одном модуле является типоразмер Европлаты VMEbus-модулей двойной высоты - 6U (233x160 мм). Некоторые фирмы выпускают модули VMEbus на платах одинарной высоты - 3D (100x160 мм.), которые очень удобны для создания вибростойких и малогабаритных систем. В частности, такой размер модулей VMEbus является фирменным стилем компании PEP Modular Computers, которая является мировым лидером в производстве модулей в формате 3D.

Для особо сложных и высокопроизводительных систем применяются платы формата 9U (367,7x400 мм).

Для повышения механической устойчивости "военная" спецификация Mil-Spec-VME (также распространяется свободно) включает стандартизацию расположения "ребер жесткости" (stiffeners), передние панели специального исполнения и конструкции металлической плоскости естественного охлаждения (conduction cooling). Каждая фирма (Radstone, DY-4, Aitech, Lockheed Sanders, и др.), поддерживающая линию изделий "военного" исполнения, придерживается концепции NDI (Non-Developmental Item), т.е. "военный" модуль представляет собой "гражданский" модуль умощненной механики, переработанный с учетом применяемых микросхем.

Логическая организация

Логически шина VMEbus является полностью асинхронной без привязки циклов обмена к сигналу тактового генератора, благодаря чему в крейте могут работать модули самого разного быстродействия. Немультиплексированные шины АДРЕС/ДАННЫЕ упрощают построение интерфейса модулей и ускоряют передачу данных. В одном крейте могут работать 8/16/32/64-разрядные модули. Данные могут передаваться как отдельными словами, так и блоками. При передаче 64-разрядных блоков скорость может достигать 130 Мбайт/с. При использовании VMEbus/64 с новыми архитектурными расширениями типа Autobahn-l и Autobahn-ll (PEP Modular Computers, Motorola) можно ожидать увеличения максимальной скорости передачи до 300-500 Мбайт/с. Четырехуровневая система арбитража позволяет легко объединить в одном крейте несколько различных процессоров для получения необходимой вычислительной мощности, образуя высокопроизводительные многопроцессорные системы. Система прерываний - семиуровневая с возможностью подключения на каждый уровень неограниченного числа источников прерывания и быстрым циклом обработки, что особенно важно при реализации систем РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ.

В новейшей спецификации стандарта VME64 (версия D) введено много других архитектурных дополений, существенно повышающих гибкость создаваемых систем. К ним прежде всего относятся возможность автоконфигурирования, возможность автоповторов шинных обращений, возможность реализации передач A40/D32 на модулях формата 3U и др.

Логическую архитектуру VMEbus было бы неверно рассматривать в отрыве от сопутствующих ей архитектурных надстроек.

Ключевыми из них являются:

Шина VSB (VME Subsystem Bus). Это мультиплексированная, A32/D32, многопроцессорная шина. Является международным стандартом и служит для разгрузки трафика основной системной шины VMEbus при построении многопроцессорных систем. Физически занимает два свободных ряда а и с на нижнем P2/J2-разъеме VMEbus. В одном крейте VMEbus может быть несколько шин VSB. Часто применяется в аппаратуре военного назначения, в ядерно-физическом эксперименте для создания высокопроизводительных и "живучих" систем.

Шина VICbus (VMEbus Interconnect). Стандартная многопроцессорная шина A32/D32 предназначенная для создания многокрейтовых систем. Если до предела упроститьее рассмотрение, то можно считать ее стандартным средством удлинения шины VME. Известны реализации этойшины, позволяющие объединять до 15 крейтов VMEbus.на расстоянии 100 метров. Процессорный модуль пр%этом может быть только один в любом из крейтов, а остальные крейты могут содержать только пассивныйввод/вывод. Обращение процессора к модулям в удаленных крейтах идет как к обычной памяти. Скорость передачи на VICbus - до 10 Мбайт/с. VICbus нередкоприменяется как средство подключения крейтов VMEbus к"офисным" машинам общего назначения: IBM PC/AT (IS-Abus), Sun SPARC (Sbus), VAX, Apple (Nubus), SiliconGrafic.

Технология Live Insertion. Минимальное аппаратное дополнение к стандартным модулям VMEbus, позволяющеебезболезненно вставлять/вынимать модули из работающей системы. Очень важное дополнение для систем, обслуживающих, например, непрерывное производство,когда возможности выключить систему и заменить какойлибо модуль просто нет.

Шина AUTOBAHN. Свое название получила по именизнаменитых европейских автодорог, где можно ездить безограничения по скорости. Это сверхскоростная последовательная шина, правопреемница шины VMS, используетдва контакта верхнего разъема P1/J1 VMEbus и предназначена для связи модулей VMEbus друг с другом. Можетприменяться для межкрейтовых связей на коротком расстоянии. Скорость передачи данных до 200 Мбайт/с вверсии AUTOBAHN I. Обеспечивает значительное удешевление единицы трафика, отнесенной к потребляемойэлектрической мощности.

В рамках технических комитетов VITA, которая обладает правом законодательной инициативы при формировании стандарта в рамках ANSI и IEEE, ведутся работы по стандартизации:

мезонинных технологий, получивших широкое распространение в последние годы

каналов связи модулей цифровой обработки сигналов(DSP) с модулями аналогового и цифрового ввода/вывода.

Мезонинные платы представляют собой, фактически, еще один, более низкий, по сравнению с модулями VMEbus, уровень модульности при интеграции конечной системы. Средние размеры мезонинных плат 50x80 мм. Они являются функционально законченными изделиями и устанавливаются на плату-носитель VMEbus (как и на платы-носители в любом другом стандарте, в частности ISAbus) для придания плате-носителю конкретных функциональных свойств. При этом плата носитель может быть как формата 6U, так и 3U. Носитель может быть как пассивным, так и содержать собственный процессор типа MC68040, TMS32040 и т.д. Например пожалуй, самый популярный в мире одноплатный real-time компьютер/контроллер MVME162, имеет, кроме всех аксессуаров компьютера (CPU MC68040, Ethernet, SCSI, DRAM, RTC, 2xRS232, FLASH-диск, EPROM, VME/64 и т.д.), 4-порта для установки 4-х мезонинных плат IndustryPack. Это позволяет, например, дополнить плату компьютера 192, каналами цифрового ввода/вывода, спецпроцессорами ТMS32040, графикой, практически, любым многоканальным аналоговым вводом/выводом или любой сетью. Стандартные установочные габариты платы при этом не меняются!

На рис. 5 показаны типовые платы VMEbus форматов 5L и 3U с типовым расположением на них мезонинных -!,пат Функциональное назначение каждой мезонинной платы указано только для примера.

Рис.5. Типовые платы VMEbus форматов 6U и 3U

Функционально мезонинные платы могут представлять из себя, практически, любое изделие: многоканальные ЦАП, АЦП, цифровой ввод/вывод, EEPROM/FLASH, SRAM с батарейным питанием, графические контроллеры, DSP, сети Ethernet, Arcnet, RS232/422/485, MIL 1553B, ARINC 429, PROFIbus. CANbus, Bitbus, интерфейс PCMCIA II и III, IEEE 438 и т.д. На плату-носитель можно устанавливать любую комбинацию функционально независимых мезонинных плат,

Технические комитеты VITA работают над стандартизацией наиболее популярных бесшинных мезонинных технологий СХС и MODPACK (базовый разработчик PEP Modular Computers), Industry Pack/IP (базовый разработчик - Green Spring Сотр.) и новейшими, но пока не получившими широкого распространения, мезонинными платами на основе локальной шины PCI. Мезонинные технологии обеспечивают поразительную гибкость при интегрировании системы, удешевляют эксплуатацию и резко сокращают сроки и стоимость ремонта. Обеспечивают возможность значительно удешевить необходимый ЗИП.

Эти и другие технологии существенно повышают гибкость и функциональность систем VMEbus.

И, что очень важно: обеспечивают эффективные механизмы оптимизации стоимости конечной прикладной системы, одновременно резко уменьшая сроки ее разработки.

Номенклатура модулей VMEbus

Номенклатура изделий коммерческого, промышленного и военного исполнения, выпускаемых в стандарте VMEbus, чрезвычайно широка и разнообразна: центральные процессоры и модули памяти, процессоры цифровой обработки сигналов, контроллеры различных накопителей и интерфейсов, графические контроллеры, модули ввода/вывода изображений, различные сетевые контроллеры, ЦАП, АЦП. модули дискретного ввода/вывода и многое другое.

Можно утверждать, что абсолютное большинство компьютерных технологий, существующих в мире на сегодняшний день, нашли свое воплощение в рамках стандарта VMEbus. Наиболее ярко это утверждение можно проиллюстрировать на примере многообразия существующих в рамках VMEbus процессорных архитектур. В зависимости от требований решаемой задачи, собственных привязанностей или накопленного опыта, либо в силу иных других причин пользователь или системный интегратор может использовать одноплатные компьютеры-контроллеры на базе любых процессоров:

Motorola: 68000-68060, 88100-88110, PowerPC 601, 603, 604, 620;

Intel: 80286-80486DX4, Pentium,860/960;

MIPS: R3000/R4400/R8000;

SUN: SPARC;

DEC: VAX, ALPHA,

Hewlett Packard: PA-RISC

Транспьютеры;

Цифровые сигнальные процессоры: DSP56xxx, DSP96xxx, TMS32xxx и др.

И это далеко не полный перечень!

Некоторые одноплатные компьютеры сами являются многопроцессорными системами. В частности, известны и коммерчески доступны платы, имеющие до восьми процессоров TMS32040, до четырех МС88110, до двух MC68040 или МС68060 и т.д.

Сегодняшний уровень микроэлектроники позволяет устанавливать на одной плате VMEbus все основные элементы, необходимые для работы одноплатного компьютера: микропроцессоры, различные типы памяти, дисковые интерфейсы, коммуникационные интерфейсы, интерфейсы локальных сетей, графику, мезонинный ввод/вывод аналоговых и цифровых сигналов и т.д. В новейших разработках в качестве локальной шины для объединения названных элементов активно внедряется шина PCI.

С точки зрения динамики роста следует отметить значительное увеличение количества разработок различными компаниями одноплатных компьютеров на базе новейшего RISC-семейства процессоров MOTOROLA/IBM/Apple -POWER PC, как промышленного, так и военного назначения. Несколько слов о других основных модульных аппаратных компонентах.

Модули памяти: SRAM с батарейным питанием, EPROM, EEPROM/FLASH, DRAM с объемом до 1024 Мбайт на одной плате, PCMCIA типов I, II и III... Контроллеры дисковых накопителей: гибких и жестких дисков, стримеров, оптических дисков и др. с интерфейсами SA450, ST506, ST412, SCSI/2, ESDI, QIC, IPI, SMD... Графические контроллеры и процессоры: от простейших SVGA-совместимых до высокопроизводительных на базе мощных процессоров цифровой обработки сигналов (DSP), широкий спектр модулей ввода и обработки изображений. Контроллеры сетей: Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, FDDI, ATM, ISDN, MIL1553B, промышленных сетей PROFIbus, Bitbus, CANbus, Interbus-S, глобальных Х.25 и др. Аналоговый ввод/вывод: одно- и многоканальные ЦАП. АЦП с разрешением от 8 до 16 (24 в VXIbus) разрядов самого различного быстродействия с входом/выходом по напряжению и току. С каналами для работы с термопарами, терморезисторами. С гальванической развязкой и без. Современная плата VMEbus может содержать до 160 аналоговых входных каналов. Дискретный ввод/вывод: до 180 каналов в одном модуле, от 0В до 48В уровня сигнала, с оптоизоляцией и без, с релейными выходами и др. Интерфейсные модули: IEEE-488 (GPIB), RS232/422/485. оптоволокно и др. Модули сопряжения с SCI, FUTUREbus+, MULTIbus-l, MULTIbus-ll, FASTbus, CAMAC, STE/STD, ARINC 429/629, NTDS(1397B) и др.

Для управления аппаратурой VMEbus от наиболее популярных компьютеров общего назначения поставляются адаптеры шин UNIbus, Qbus, Nubus, ISA, EISA, Micro Chan-nal, адаптеры управления к рабочим станциям Sun SPARCstation/Sbus и другим.

Отдельно можно выделить модульные анализаторы шин VME, VME64, VSB, VXI, FUTUREbus+ различных компаний. Это очень эффективные средства сертификации совместимости и отладки целевых систем на базе указанных интерфейсов.

Программное обеспечение систем VMEbus

Электронная аппаратура только тогда становится конечным продуктом, когда она обеспечена всем необходимым системным и прикладным программным обеспечением.

В настоящее время, в условиях широкой доступности совместимых аппаратных средств, основное внимание разработчики комплексных систем уделяют прикладному программному обеспечению.

Затраты на программное обеспечение могут составлять до 60% общих затрат на разработку системы при доле аппаратных компонентов 15 - 20%.

Анализ показывает, что практически все наиболее распространенные в мире программные продукты (операционные системы (ОС), языки программирования, сетевые и графические протоколы, базы данных и т.п), находят поддержку в системах VMEbus.

ОС реального времени - OS-9/OS-9000, VRTX/Vectra, VxWorks, PDOS, pSOS+, Lynx OS, VMEexec, iRMX, C-Exec и др. Эти ОС характеризуются, прежде всего, малым нормированным временем реакции на внешнее событие. Так, гарантированное время реакции системы на внешнее событие, выполненной на процессоре МС68040/25 МГц под управлением операционной системы OS-9 v3.0/Atomic, составляет 3 мкс. Это чрезвычайно важно при построении систем, работающих в РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ: бортовой авиационной аппаратуры, многоканальных систем связи, систем управления ракетными и радиолокационными комплексами, разнообразных промышленных и научных установок, авиационно-космических испытательных и тренажерных комплексов и т.п.

Как правило, это многопользовательские, многозадачные операционные системы, выполненные по технологии микроядра. Самые новые версии ОС (например, OS-9 v3.0) имеют прерываемое микроядро, что позволяет гарантировать малое время реакции на внешнее прерывание при любом состоянии системы. Отличительной особенностью большинства подобных ОС является возможность 100% размещения в ПЗУ/ППЗУ/ФЛЭШ-памяти самой ОС, сетевого и графического обеспечения, драйверов, прикладных про- грамм и т.д. Это чрезвычайно важно для встроенных без дисковых систем.

Нельзя не отметить и то, что временные характеристики современных версий ОС реального времени практически стерли ранее существовавшую грань между ОС "мягкого" и "жесткого" реального времени. Скажем, современные характеристики OS-9 v3.0, ранее считавшейся ОС "мягкого" реального времени, сегодня практически ни в чем не уступают характеристикам "классических" ОС "жесткого" реального времени pSOS+, VxWorks, а в некоторых случаях и превосходят.

Крупные компании-производители, стремящиеся к реализации для своих клиентов возможности законченной поставки ("one stop shop") поддерживают на своей аппаратуре сразу несколько ОС реального времени. Так, компания PEP Modular Computers обеспечивает для своих процессоров и устройств ввода/вывода полную поддержку всех наиболее распространенных в мире ОС реального времени: OS-9/OS-9000, VxWorks, LynxOS, pSOS+, VRTX/Spectra.

ОС общее назначения: UNIX/AIX/Solaris/HP-UX, MS-DOS, Windows/NT, OS7, OS/2, VMS, RSX11M, XENIX и т.д. Соответственно, на рынке VMEbus доступен весь спектр программного обеспечения, работающий под этими операционными средами: языки программирования (Си, Fortrai^ Pascal, Ada...), средства поддержки сетевых протоколов и систем (XNS, TCP/IP, DECnet, МАРЯОР/OSI, SNA, BSC, Netware, X.400, Х.25...), системы визуализации FACTORY LINK, IGSS

Очень часто ОС общего назначения используются в качестве среды для разработки прикладного программного обеспечения для целевой ("target") системы управления реального времени, где в качестве управляющей среды используется стандартная ОС реального времени. Так, например, можно использовать SUN SPARC Station + Solaris/SunOS или IBM PC/AT+MS Windows 3.1 с мощнейшей многооконной средой разработки FastTrack для разработки программного обеспечения целевой управляющей системы (однопроцессорной или распределенной многопроцессорной) под управлением стандартной операционной системы реального времени OS9. Компьютер разработчика (SUN или PC/AT) связывается с целевой системой сетью Ethernet по протоколам TCP/IP.

Анализ предложений фирм-разработчиков аппаратуры VMEbus показывает, что модули "военного" исполнения являются полностью программно-совместимыми с аналогии ными блоками комерческого и промышленного исполнения* Такой подход резко сокращает сроки разработки военных систем.

4. Расширение VMEbus для измерительной техники - VXIbus

Стандарт VXIbus появился в процессе разработки стандарта IAC (Instrument- on A- Card) на одноплатные модульные измерительные приборы по программе МАТЕ развития модульного контрольно-измерительного оборудования ВВС США (Modular Automated Test Equipment, генеральный подрядчик - Softech, Arlington, VA), Об ориентации на VXIbus заявили ВМФ США по программе CASS (Consolidated Automated Support System, генеральный подрядчик - фирма General Electric) и Армия США по программе IFTE (Intermediate and Field Test Equipment, генеральный подрядчик Grumman Systems Corp., Bethpage, NY).

В настоящее время ведущие зарубежные производители радиоизмерительного оборудования рассматривают развитие VXIbus и соответствующих стандартов как перспективное направление конверсии измерительной техники.

Дальнейшее развитие VXIbus связано с учетом специфических требований отдельных прикладных отраслей и, в первую очередь, с развитием концепции МИС для авиационного радиоэлектронного оборудования совместно с корпорацией ARINC (Aerospace Radioelectronic Incorporated), которая объединяет более 50 ведущих производителей гражданских и транспортных самолетов и радиоэлектронного оборудования для них во всем мире. Большое внимание вопросам интеграции различных интерфейсных систем с VXIbus уделяют и международные консорциумы: VXI, SCPI и MMS.

Применение VXIbus позволяет строить высокопроизводительные многофункциональные измерительные системы, совместимые с распространенными международными стандартами на программно-аппаратные средства измерительных систем. Например, с системами на базе стандартного аппаратно-программного интерфейса IEEE-488 (GPIB), который используется, практически, во всех современных зарубежных и отечественных измерительных приборах, требующих привязки к ЭВМ. Стандарт VXI полностью включает в себя шину VMEbus. Это означает, что в систему VXI может быть установлен любой модуль VMEbus.

В последнее время тенденция применения аппаратуры VXI на общепромышленном рынке стала очень заметна. Так, техника VXIbus начала активно внедряться в системы промышленного управления повышенной канальности, системы телекоммуникационного назначения под управлением стандартных операционных систем реального времени. В частности, здесь можно отметить реализацию совместной работы самого популярного в мире пакета приборной визуализации компании National Instruments LabVIEW (под MS Windows З.хх) с целевыми комплексами реального времени на базе стандартной ОС реального времени OS-9. Эта связка обеспечивает труднодоступные ранее возможности по обеспечению режимов реального времени при работе с популярнейшими средствами визуализации.

5. Перспективы развития ММС на основе VMEbus

Сегодня VMEbus - ведущий международный стандарт на магистральные шины. Это ведущий промышленный стандарт де-факто. Его будущее надежно, несмотря на появление применений, требующих большей производительности, предоставляемой стандартами следующего поколения типа FUTUREbus+ и SCI. Скажем, стандарт FUTUREbus+ обеспечивает работу 32/64/128/256-разрядных модулей со скоростями до 3 и более Гигабайт/с. По-видимому, постепенно уходя с рынка суперкомпьютеров (банковские системы, системы моделирования в реальном масштабе времени, САПР...), уступая место FUTUREbus+, в ближайшие 5-10 лет системы VME/VME64 будут, в основном, применяться в системах промышленной автоматизации и контроля, бортовой и наземной аппаратуре непосредственного управления объектами военного и промышленного назначения, робототехнике, графических системах ввода/вывода изображений, медицине и связи на, так называемом, "front end" уровне систем управления. Системы этого уровня занимаются непосредственным управлением объектом автоматизации. В привычной нам терминологии такие системы принято называть системой управления "нижнего уровня".

Ближайшие 15-20 лет развития рынка автоматизации на основе ММС будут обеспечены развитием систем на основе архитектуры VFEA (VMEbus, FUTUREbus+ Extension Arhitecture), о поддержке которой заявили практически все ведущие мировые фирмы-производители, в их числе: ABB Automation, FORCE, Newbridge, AMP, Hewlett-Packard, Philips/Signetics, AT&T, ITT, Schroff, Augat, Intel, Simens, Bicc-Vero, Litton, Stardent, Data General, Motorola, SUN Microsystems, DEC, PEP Modular, Mupac, Raytheon, DuPont, NTT, Unisys, Dy-4, National Semiconductor, US Navy, Ericsson, NEC, VITA и др.

Нет нужды беспокоиться о последствиях перехода от VMEbus к VFEA - стандартами определен аппаратно-программный интерфейс для сопряжения VMEbus-FUTURE-bus+, что допускает сосуществование обеих систем и в будущем обеспечивает пользователям и производителям плавный и безболезненный переход к FUTUREbus+.

То же самое можно сказать и об интегрировании VMEbus с управляющими архитектурами на базе стандарта SCI. Аппаратные и программные средства для подобной интеграции коммерчески доступны уже сегодня (в частности, эти средства серийно поставляются известной швейцарской компанией Creative Electronic Systems/CES).

6. Развитие открытых стандартных ММС в России и странах СНГ

Анализ ситуации на отечественном рынке систем автоматизации показывает, что он до сих пор, за некоторым исключением, занят системами, в полной мере отражающими давно устаревший и доказавший свою бесперспективность "советский" принцип закрытого от внешнего мира развития индустрии автоматизации. До сих пор большое количество выпускаемого оборудования несовместимо ни с чем, кроме как само с собой. Уже это, не говоря о прочих факторах, сдерживает развитие промышленности. Конечно, это замечание касается, прежде всего, продукции "внутренних" производителей.

Однако, сегодня все больше и больше новых промышленных и военных пользователей ориентируются на использование современных интерфейсов ММС. Нельзя забывать и о том, что за рубежом современные стандарты ММС находят все более широкое применение в системах военного назначения, способствуя их ускоренному совершенствованию. В России и странах СНГ подавляющее большинство организаций, поддерживающих сегодня развитие ОТКРЫТЫХ стандартных ММС, развивают производство и применение наиболее распространенного в мире стандарта - VMEbus и его расширений. Этому способствует как деятельность крупных зарубежных производителей и их дистрибуторов, активно работающих на Российском рынке -MOTOROLA, Hewlett-Packard, PEP Modular Computers, DEC, Eltec, INTERGON, GreenSpring, Microware Co., National Instruments, Tektronix, Parsytec и др., так и активность многих отечественных компаний - ОДУ Урала, РосНИИРОС (Екатеринбург), НИИСИ РАН, НПЦ САПСАН, РТСОФТ/RTSoft, Гос-НИИАС, ГазАвтоматика, ИПИ РАН, МАИ, МЭИ (Москва), РНИИРС (Ростов на Дону), НТЦ ЭЛИНС (Зеленоград), ННИПИ (Нижний Новгород), CMC (Самара), ОКБ СКАН (С.Петербург), НИИ АО (Жуковский), НПО БИНАР (Арзамас-16), ЭЗНП РАН (Черноголовка), НПФ РУСИС (Пенза), ИФОТЕХ и ИФ АН Украины (Киев) и многих, многих других. О своей ориентации на системы VME/VXI заявило более 200 отечественных организаций.

Весьма активно развивается системная интеграция на основе взаимовыгодного сотрудничества. Так, например, фирма РТСОФТ, являясь официальным дистрибютором компаний-лидеров мирового рынка MOTOROLA, PEP Modular Computers, CES, INTERGON и Microware Co., является в тоже время официальным дистрибютором отечественных компаний НПЦ САПСАН и ГосНИИАС. Это позволяет интегрировать на базе открытой и совместимой техники оптимальные по функциональности и стоимости системы, опираясь на самые современные технологии в области аппаратного и программного обеспечения. И вне зависимости от того, на какой архитектурной платформе это происходит: MC68040, Intel 80486 или, скажем, PowerPC.

Уже сегодня на отечественном рынке реализуются конкретные проекты в самых разных секторах научной, промышленной и военной ориентации (системы контроля авиационных и корабельных двигателей, системы связи специального назначения, управляющие системы в газовой и нефтедобывающей промышленности, геофизике, высокопроизводительные банковские системы и т.д.).

Основной мировой конкурент стандарта VMEbus на рынке 8/16/32-разрядных многопроцессорных шин - стандарт MULTIbus-ll, в нашей стране своего развития практически не получил. Это связано не только с фактом мирового лидерства VMEBus, но и с тем, что реализация всех функциональных частей VMEbus-модулей, в отличие от MULTIbus-ll, возможна на отечественной элементной базе. Относительно распространенной является устаревшая 8/16-разрядная архитектура MULTIbus-l (И-41М), но отечественные разработчики и производители систем на базе этого стандарта, сплошь и рядом применяя в своей аппа-рауре нестандартные конструктивно-механические решения, фактически, дискредитировали MULTIBus-l как стандарт ММС. В качестве примера можно назвать реализацию MULTIbus-l в микро-ЭВМ ЕС 1840, НЕЙРОН, ИСКРА-1030.

Многие отечественные разработчики забывают, что стандарты предусматривают все ступени совместимости аппаратуры - начиная с механической и электрической совместимости модулей и кончая программным обеспечением на уровне операционых систем, и принимают решения, основываясь на сиюминутной выгоде, делая конечного пользователя заложником своего временного успеха.

Для полноты картины можно вспомнить о многочисленных "изобретателях" и "модернизаторах" стандарта САМАС Qbus, создателей отечественных версий шины ISA и многочисленные отряды "толкователей" стандарта IEEE 488 (GPIB), когда под одним названием существует несовместимая друг с другом аппаратура. В условиях, когда проникновение продукции крупнейших западных фирм на отечественный рынок стало свершившимся фактом, долгосрочные гарантии своих инвестиций в системы автоматизации получат только те конечные пользователи, которые ориентируются на соответствующие современные международные стандарты в этой области.

На сегодняшний день уже сделаны серьезные шаги не только в направлении практического освоения производства и применения современных ММС на основе VMEbus, но и в направлении создания современных механизмов формирования рынка открытых ММС, обеспечивающих доступность любой технической и маркетинговой информации об этих системах и поиск взаимовыгодного партнерства для совместного освоения этого рынка.

Для координации работ ведущими РАЗРАБОТЧИКАМИ, ПРОИЗВОДИТЕЛЯМИ и ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМИ открытых ММС в СНГ создана профессиональная некоммерческая Ассоциация делового сотрудничества в области VMEbus, VXIbus. FUTUREbus+ "VERA+" (VMEbus and Extensions Russian Association). Участниками "VERA+" является более 20 различных организаций СНГ. Работа Ассоциации "VERA+" строится на основе тесного сотрудничества с международной Ассоциацией "VITA", ассоциированным членом которой она является, и направлена на ускорение формирования и расширение рынка открытых стандартных ММС.