[摘要] CompactPCI技術是在一個系統內通過背板實現高速互連的一種非常實用的開放標準。本文簡要介紹了CompactPCI技術的發展趨勢，并結合在第三代移動通訊系統中的一個RNC應用例子，來說明CompactPCI在不斷更新的技術浪潮中仍然保持了穩健的市場應用。
[關鍵詞] PICMG 2.16, 帶寬，單點故障，無線網絡控制器(RNC), 網絡接口控制器，網絡處理器
CompactPCI技術的發展
自從1994年提出了CompactPCI的技術規范PICMG2.0，許多原先基于用戶自定義的，彼此無法兼容的平臺系統已經逐漸被這種開放式的，有著良好兼容性的，高可靠性的技術所取代，在工業控制，醫療，航空航天和通信等領域都得到了廣泛的應用。
尤其是由于CompactPCI的熱插拔特性以及現場可替換部件(FRU)的設計，并結合軟硬件的冗余備份機制，可以使系統在保持5個9（即每年5.26分鐘的總停機時間）的高可用性的同時，給系統帶來良好的易維護性，使得CompactPCI在通信領域的應用一直呈現穩步增長?，F在，在諸如媒體網關（VoIP，VoATM,7號信令網關等），Internet 路由器，軟交換，下一代網絡（NGN）無線網絡控制器(RNC)，業務服務器(Feature Server)等設備中都隨處可見CompactPCI的應用。
在技術和產品演進的歷程中，隨著用戶對總線帶寬的要求不斷提高，廣泛應用的32bit,33MHz的CompactPCI的極限帶寬133MB/s在某些應用上就成為整個系統的瓶頸。為了適應這個帶寬需求，2001年9月，PICMG協會發布PICMG 2.16 封包交換背板規格，該規格對于在一個CompactPCI架構里業務插槽與交換插槽之間進行10/100/1000M以太網互聯做了詳細定義，每個業務插槽都可以通過PICMG 2.16背板與另外一個業務插槽實現點到點1Gb/s的高速互連，而且這個連接是冗余備份的，這樣，對于一個有著18個業務槽位的系統，其最高吞吐量就可以高達18Gb/s。IP互連帶來的另一個好處是：在數據平面已經轉移到以太網上之后，PCI總線只用作相對簡單的，完全沒有帶寬壓力的控制平面，或者干脆舍棄，用更加簡潔的PICMG 2.9的串行總線（IPMI）來取而代之，這樣系統插槽的存在就變得沒有必要了，消除了PCI總線可能導致的單點故障之后，應用程序利用現今系統的IP互連，和IPMI協同工作就可以構成可靠性更高的系統，下一個目標是6個9（即每年30秒的總停機時間）。
按照這個設計理念，各個平臺產品廠家都分別推出了各具特色的基于PICMG 2.16的系統，其中摩托羅拉計算機部的多業務平臺（MXP, Muti-Service Platform）就是其中之一，它最大的特點是舍棄了PCI總線，改由PICMG 2.9串行總線和以太網負責系統管理，不再區分系統插槽和業務插槽，同時，為了滿足更高性能的處理器對供電的需求，單槽位的供電能力也從傳統上的30W提高到50W。以下，結合一個在第三代移動通訊系統中用于RNC的方案，來說明不斷更新的CompactPCI技術對應用需求的適配。
第三代移動通訊(3G)系統中的一個RNC應用例子
隨著3G牌照即將在2004年發放的呼聲此起彼伏，3G的標準完善和研發都已經進入到實質性階段。為了加速產品研發進度，保持資源的重復利用和軟件投資，各大設備制造商都傾向于采用通用的統一平臺來構建3G系統。其中，采用基于CompactPCI平臺的占大多數。以下選取一個典型應用，就是用作無線網絡控制器（RNC）節點。在3G架構中，我們通常劃分成用戶設備（UE）,無線接入網（UTRAN） 和核心網（CN）三部分，如圖1。
圖1 3G架構示意圖 UTRAN為用戶端的移動電話、其它無線設備（如PDA, 便攜計算機等）提供到有線網絡的連接，它包括B節點（Node B）和RNC。核心網則包括傳統電路交換連接和IP網絡服務。
從Node B到RNC的接口稱為IuB,它包含語音，數據和控制信號，RNC負責控制和管理Node B,相當于2G網絡中的基站控制器（BSC）。RNC的另一側有三種類型的接口，分別是：
●RNC 到RNC之間的接口，稱為IuR；
●RNC到核心網媒體網關電路交換側，稱為IuCS；
●RNC到核心網IP交換側，稱為IuPS．
這些接口的數據特性和處理要求各不相同，這就要求在設計RNC的時候綜合考慮，取好平衡點，最大限度發揮系統的效能。通常我們衡量一個RNC性能的重要指標是它能支持的用戶密度。比如一個實際RNC的工程規范：
在線用戶：2000－20，000 數據速率： 每個用戶200Kb/s
網絡接口控制器：STM-1 (OC3光口)－ATM 覆蓋率：1.5 －2個蜂窩小區
當然，可支持的用戶密度會因用戶的業務類型而變化，例如，因特網瀏覽和短消息業務會使得可支持的用戶數減少。為了有一個通用的具有同比性的指標作參考，大家都習慣用愛爾蘭（Erlangs）作單位來表征RNC的容量。利用摩托羅拉計算機部的多業務平臺（MXP），加上封包處理資源板（PPRB,Packet Process Resource Board）,系統管理板和內置的PICMG 2.16 IP交換板,在這個21槽位，總高12U的機框中就構成了一個完整的RNC,其最大容量可以達到4500愛爾蘭。
這個示例RNC的結構圖如圖2。
圖2 基于21槽MXP平臺的RNC示意圖 · 6塊 PPRB 用作Iu接口控制器
· PPRB是一塊6U CPCI板型的網絡處理器板卡，它的核心為一個摩托羅拉公司的C5網絡處理器，加上一個Broadcom公司的BCM1250作為協處理器，用于上層協議和控制平面的處理。在這里，PPRB提供雙STM1網絡接口用于連接Iu 和IuB，每個接口都會收到三種類型的封包，AAL2格式的語音包，AAL5格式的數據包，AAL5格式的控制信息包。
· 12塊 PPRB 用作選擇器，負責用戶平面的處理。
· 2塊 IP 交換板提供背板PICMG 2.16 以太網的點到點互連。
· 2塊通用CPU板負責系統管理和高可靠性應用。
在這個系統中，對于RNC的需求都可以得到滿足。例如：提供到WAN的 STM-1接口，提供到NodeB/Base Stations 的STM-1接口，終結/處理ATM AAL2,和ATM AAL5, 幀中繼, 千兆以太網。具體的信號流程在此限于篇幅，不作詳細敘述。由于PPRB單板提供了高達7400MIPS的處理能力，加上高度優化的包處理資源，并且結合PICMG 2.16背板作為高速通道，每個單板可以支持到450愛爾蘭的用戶平面，這樣集成在一個機框中就可實現高達4500愛爾蘭容量的RNC。
結束語
技術的發展日新月異，當基于PICMG 2.16千兆以太網的應用正如火如荼時，一些用戶又已經碰到了新的挑戰，應用對速度和帶寬的需求仿佛沒有止境。更大的機箱，更強的供電能力，更高的帶寬，更靈活的用戶自定義接口，這是AdvancedTCA為用戶描繪的下一代平臺，這相信對大多數用戶來說已經不是什么嶄新概念了，雖然AdvancedTCA離真正實用可能還有較長的一個時期，但PICMG協會也積極參與制定和完善用于下一代平臺的板間互連標準，目前已經訂立草案的有：
PICMG 3.1 1-10 Gigabit 基于以太網
PICMG 3.2 1-10 Gigabit 基于Infiniband
PICMG 3.3 1-10 Gigabit 基于Star Fabric
PICMG 3.? 1-10 Gigabit 基于RapidIO
技術的進步就是這樣不斷推陳出新，我們期待更加先進和適用的技術能為生活帶來更大的便利和樂趣。
