Вычислительно-интерфейсный модуль

Авторы патента:

G06F15 - Цифровые компьютеры вообще (конструктивные элементы G06F 1/00-G06F 13/00); оборудование для обработки данных вообще (нейронные сети для обработки данных изображений G06T)

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована в составе цифровых вычислительных систем интегрированной модульной авионики (ИМА). Сущность полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей. Указанный технический результат достигается тем, что вычислительно-интерфейсный модуль содержит микропроцессор, два синхронных динамических ОЗУ, два коммутатора, РПЗУ начальной загрузки, РПЗУ программ и данных пользователя, два моста PCI Express - PCI, Ethernet-приемопередатчики, два контроллера шины USB, контроллер съемного накопителя информации, мультипротокольные приемопередатчики, часы реального времени, датчик температуры, последовательные РПЗУ, микроконтроллер, супервизор напряжений питания, таймер наработки, источники вторичных напряжений питания, первый и второй модули РМС/ХМС, генераторы тактовых серий, блок управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована в составе цифровых вычислительных систем интегрированной модульной авионики (ИМА).

Известна МикроЭВМ (см. авт.св. 1819017, МПК G06F 15/00, опубл. 20.09.1999 по заявке 4909548/24 от 07.02.1991, заявители Особое конструкторское бюро при заводе "Процессор"; Научно-исследовательский институт «Квант»), которая содержит центральный процессор, устройство ввода-вывода, статическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), при этом магистраль подключена адресно-информационными, адресными и управляющими входами-выходами к центральному процессору, устройству ввода-вывода и статическому ОЗУ.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, следующие: центральный процессор.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата являются узкие функциональные возможности, которые не позволяют реализовать требуемые оперативно-тактические характеристики по обмену информацией со специальной аппаратурой.

Известна электронная вычислительная машина (см. пат. 2272317, МПК G06F15/00 (2006.01), опубл. 16.08.2004 по заявке 2004125141/09 от 16.08.2004, патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод), которая содержит центральный процессор, перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство, энергозависимое запоминающее устройство, устройство ввода-вывода данных и постоянное энергонезависимое запоминающее устройство, предназначенное для однократного занесения в него информации при изготовлении ЭВМ и постоянного хранения ее без возможности изменения в процессе эксплуатации, а также для обеспечения выполнения хранящейся в нем вспомогательной программы.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, следующие: центральный процессор, перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является вычислительная система для интервальных вычислений (см. пат. 2006929, МКИ G06F15/16, опубл. 30.01.1994 по заявке 4909594/24 от 11.02.1992, заявитель Центральный научно-исследовательский институт машиностроения «ЦНИИМАШ»), содержащая три процессора, три ОЗУ, устройство ввода-вывода, блок микропрограммного управления, блок постоянной памяти и шесть коммутаторов. Второе и третье ОЗУ соединены с вторым и третьим процессорами через коммутаторы, управляющие входы которых соединены с выходами блока постоянной памяти. Адресные входы блока постоянной памяти соединены с выходами двух сдвигающих регистров, введенных в первый процессор и подключенных входами к выходам арифметико-логического устройства. В третьем и втором процессорах введены коммутаторы, подключенные входами к выходу блока локальной памяти, а выходами к входу арифметико-логического устройства.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, следующие: процессор, два ОЗУ, два коммутатора.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в расширении функциональных возможностей заявляемой полезной модели.

Технический результат, заключается в организации обменов данными с накопителями данных за счет контроллера съемного накопителя информации, в организации обменов и аппаратной поддержки взаимодействия с внешними USB-устройствами за счет контроллеров шины USB, в обеспечение взаимодействия с внешними устройствами и специальной аппаратурой за счет интерфейсов: два канала Ethernet, два канала USB host, два канала RS-232/422/485, технологические разовые команды, IDE/CompactFlash.

В вычислительно-интерфейсном модуле, содержащем микропроцессор, два синхронных динамических ОЗУ, два коммутатора, дополнительно введены РПЗУ начальной загрузки, РПЗУ программ и данных пользователя, два моста PCI Express - PCI, Ethernet-приемопередатчики, два контроллера шины USB, контроллер съемного накопителя информации, мультипротокольные приемопередатчики, часы реального времени, датчик температуры, последовательные РПЗУ, микроконтроллер, супервизор напряжений питания, таймер наработки, источники вторичных напряжений питания, первый и второй модули РМС/ХМС, генераторы тактовых серий, блок управления, причем микропроцессор через интерфейс PCI Express соединен с первым коммутатором и вторым мостом PCI Express - PCI, через интерфейс Local BUS - с блоком управления, РПЗУ начальной загрузки, РПЗУ программ и данных пользователя, первым контроллером шины USB, через интерфейсы DDR2bus - с первым и вторым ОЗУ, через интерфейсы GMII - с Ethernet-приемопередатчиками, входы-выходы которых соединены с первыми входами-выходами дополнительно введенного общесистемного соединителя, вторые входы-выходы которого через первый интерфейс I2C соединены с входами-выходами микроконтроллера, датчика температуры, супервизора напряжений питания, с последовательными РПЗУ, с микропроцессором, входы-выходы которого через второй интерфейс I2C соединены с входами-выходами таймера наработки и часами реального времени, причем группа входов-выходов с третьего по шестой общесистемного соединителя соединена соответственно с группой входов-выходов с первого по четвертый второго коммутатора, пятые входы-выходы которого через интерфейс Serial RapidIO соединены с микропроцессором, который имеет дополнительные входы-выходы для интерфейса JTAG, входы-выходы UART0, UART1 для соединения с мультипротокольными приемопередатчиками и вход для соединения с первым выходом генераторов тактовых серий, выходы которых со второго по тринадцатый соединены соответственно с входами второго коммутатора, первого моста PCI Express - PCI, модулей РМС/ХМС, второго моста PCI Express - PCI, первого коммутатора, устройства ввода-вывода, микроконтроллера, Ethernet-приемопередатчиков, контроллеров шины USB и контроллера съемного накопителя информации, входы-выходы которого через второй интерфейс PCI 2 соединены с входами-выходами второго контроллера шины USB, второго моста PCI Express - PCI и с третьими входами-выходами второго модуля РМС/ХМС, первые, вторые и четвертые входы-выходы которого соединены соответственно со вторыми входами-выходами первого коммутатора, с девятыми и седьмыми входами-выходами общесистемного соединителя, восьмые и десятые входы-выходы которого соединены соответственно с четвертыми и вторыми входами-выходами первого модуля РМС/ХМС, первые и третьи входы-выходы которого соединены соответственно с первыми входами-выходами первого коммутатора и через первый интерфейс PCI 1 с первыми входами-выходами первого моста PCI Express - PCI, вторые входы-выходы которого соединены с третьими входами-выходами первого коммутатора, причем вход блока управления является первым входом общесистемного соединителя, вход источников вторичных напряжений питания является вторым входом общесистемного соединителя, первый и второй выходы блока управления являются соответственно выходом общесистемного соединителя и выходом блока управления через интерфейс разовых команд, выход контроллера съемного накопителя информации образует выход через интерфейс IDE/CompactFlash, причем Ethernet-приемопередатчики и мультипротокольные приемопередатчики, имеют дополнительные входы-выходы через интерфейсы два канала Ethernet и RS-232/422/485 соответственно, первый контроллер шины USB имеет дополнительные входы-выходы через интерфейсы два канала USB host и один канал USB ОТG.

В вычислительно-интерфейсном модуле группа входов-выходов с первого по десятый общесистемного соединителя является соответственно группой входов-выходов с первого по десятый вычислительно-интерфейсного модуля, дополнительные входы-выходы первого контроллера шины USB являются соответственно одиннадцатыми и двенадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейсы два канала USB host и один канал USB OTG, дополнительные входы-выходы мультипротокольных приемопередатчиков являются соответственно тринадцатыми и четырнадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейсы RS-232/422/485, дополнительные входы-выходы микропроцессора являются пятнадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейс JTAG, дополнительные входы-выходы Ethernet - приемопередатчиков являются соответственно шестнадцатыми и семнадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейсы два канала Ethernet, первый вход общесистемного соединителя является первым входом вычислительно-интерфейсного модуля, второй вход общесистемного соединителя является вторым входом вычислительно-интерфейсного модуля, выход общесистемного соединителя является первым выходом вычислительно-интерфейсного модуля, выход контроллера съемного накопителя информации через интерфейс IDE/CompactFlash является вторым выходом вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейс IDE/CompactFlash, второй выход блока управления через интерфейс разовых команд является третьим выходом вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейс разовых команд.

Вариант исполнения структурной схемы вычислительно-интерфейсного модуля представлен на чертеже в качестве примера.

Вычислительно-интерфейсный модуль 1 содержит микропроцессор 2, синхронные динамические ОЗУ 3, 4, РПЗУ начальной загрузки 5, РПЗУ программ и данных 6, первый коммутатор 7, два моста PCI Express - PCI 8, 9, второй коммутатор 10, блок управления 11, Ethernet-приемопередатчики 12, первый контроллер шины USB 13, контроллер съемного накопителя информации 14, второй контроллер шины USB 15, мультипротокольные приемопередатчики 16, генераторы тактовых серий 17, источники вторичных напряжений питания 18, микроконтроллер 19, последовательные РПЗУ 20, датчик температуры 21, часы реального времени 22, супервизор напряжений питания 23, таймер наработки 24, модули РМС/ХМС 25, 26, общесистемный соединитель 27, интерфейсы: PCI Express 28, GMII 29, I2C 30, 31, DDR2bus 32, Local BUS 33, PCI 1 34, PCI 2 35, JTAG 36, Serial RapidIO 37, IDE/CompactFlash 38, разовых команд 39, два канала USB host 40, один канал USB OTG 41, RS-232/422/485 42, 43, два канала Ethernet 44, 45.

В вычислительно-интерфейсном модуле 1 микропроцессор 2 через интерфейс PCI Express 28 соединен с первым коммутатором 7 и вторым мостом PCI Express - PCI 9, через интерфейс Local BUS 33 - с блоком управления 11, РПЗУ начальной загрузки 5, РПЗУ программ и данных пользователя 6, первым контроллером шины USB 13, через интерфейсы DDR2bus 32 с - первым и вторым ОЗУ 3, 4, через интерфейсы GMII 29 - с Ethernet-приемопередатчиками 12, входы-выходы которых соединены с первыми входами-выходами 27₁ дополнительно введенного общесистемного соединителя 27, вторые входы-выходы 27₂ которого через первый интерфейс I2C 30 соединены с входами-выходами микроконтроллера 19, датчика температуры 21, супервизора напряжений питания 23, с последовательными. РПЗУ 20, с микропроцессором 2, входы-выходы которого через второй интерфейс I2C 31 соединены с входами-выходами таймера наработки 24 и часами реального времени 22, причем группа 27₃, 27₄, 27₅, 27₆ , входов-выходов с третьего по шестой общесистемного соединителя 27 соединена соответственно с группой 10₁, 10₂, 10₃, 10₄ входов-выходов с первого по четвертый второго коммутатора 10, пятые 10₅ входы-выходы которого через интерфейс Serial RapidIO 37 соединены с микропроцессором 2, который имеет дополнительные входы - выходы для интерфейса JTAG 36, входы-выходы UART0, UART1 для соединения с мультипротокольными приемопередатчиками 16 и вход для соединения с первым выходом 17₁ генераторов тактовых серий 17 (это соединение на чертеже показано через клемму 2 (к 2), выходы 17₂ , 17₃, 17₄, 17₅, 17₆ , 17₇, 17₈, 17₉, 17₁₀ , 17₁₁, 17₁₂, 17₁₃ генераторов тактовых серий 17 соединены соответственно с входами второго коммутатора 10, первого моста PCI Express - PCI 8, модулей РМС/ХМС 25, 26, второго моста PCI Express - PCI 9, первого коммутатора 7, устройства ввода-вывода 11, микроконтроллера 19, Ethernet-приемопередатчиков 12, контроллеров шины USB 13, 15 и контроллера съемного накопителя информации 14 (эти соединение на чертеже показаны через клеммы: 10, 8, 25, 26, 9, 7, 11, 19, 12, 13, 15, 14), входы-выходы контроллера съемного накопителя информации 14 через второй интерфейс PCI 2 35 соединены с входами-выходами второго контроллера шины USB 15, второго моста PCI Express - PCI 9 и с третьими входами-выходами 26₃ второго модуля РМС/ХМС 26, первые, вторые и четвертые входы-выходы 26₁, 26₂, 26₄ которого соединены соответственно со вторыми входами-выходами 7₂ первого коммутатора 7, с восьмыми 27₈ и седьмыми 27₇ входами-выходами общесистемного соединителя 27, девятые 27₉ и десятые 27₁₀ входы-выходы которого соединены соответственно с четвертыми 25₄ и вторыми 25₂ входами-выходами первого модуля РМС/ХМС 25, первые 25₁ и третьи 25₃ входы-выходы которого соединены соответственно с первыми 7₁ входами-выходами первого коммутатора 7 и через первый интерфейс PCI 1 34 с первыми 8₁ входами-выходами первого моста PCI Express - PCI 8, вторые 8₂ входы-выходы которого соединены с третьими 7₃ входами-выходами первого коммутатора 7, причем вход блока управления 11 является первым входом (вх.1) общесистемного соединителя 27 и является первым входом 1₁₈ вычислительно-интерфейсного модуля 1, вход источников вторичных напряжений питания 18 является вторым входом (вх.2) общесистемного соединителя 27 и является вторым входом 1₁₉ вычислительно-интерфейсного модуля 1, первый 11₁ выход блока управления 11 является соответственно выходом (вых.) общесистемного соединителя 27 и первым выходом 1₂₀ вычислительно-интерфейсного модуля 1, второй 11₂ выход блока управления 11 является выходом блока управления 11 через интерфейс разовых команд 39 и третьим 1₁₁ выходом вычислительно-интерфейсного модуля 1, выход контроллера съемного накопителя информации 14 образует выход через интерфейс IDE/CompactFlash 38 и является вторым 1₂₁ выходом вычислительно-интерфейсного модуля 1, первый контроллер шины USB 13 имеет дополнительные входы-выходы через интерфейсы два канала USB host 40 и один канал USB ОТG 41, которые являются одиннадцатыми 1₁₁ и двенадцатыми 1₁₂ дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля 1, мультипротокольные приемопередатчики 16, имеют дополнительные входы-выходы через интерфейсы RS-232/422/485 42, 43, которые являются тринадцатыми 1₁₃ и четырнадцатыми 1₁₄ входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля 1, Ethernet-приемопередатчики 12 имеют дополнительные входы-выходы через интерфейсы два канала Ethernet 44, 45, которые являются шестнадцатыми 1₁₆ и семнадцатыми 1₁₇ входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля, группа входов-выходов с первого по десятый 27₁ , 27₂, 27₃, 27₄, 27₅ , 27₆, 27₇, 27₈, 27₉ , 27₁₀ общесистемного соединителя 27 является соответственно группой входов-выходов с первого по десятый 1₁, 1₂, 1₃, 1₄, 1₅, 1₆ , 1₇, 1₈, 1₉, 1₁₀ вычислительно-интерфейсного модуля 1.

При подаче на вычислительно-интерфейсный модуль 1 первичных напряжений электропитания источники вторичных напряжений питания 18 формируют вторичные напряжения электропитания и подают их на остальные элементы схемы 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26 в заданной супервизором напряжений питания 23 последовательности. Блок управления 11 формирует системный сброс. По окончании системного сброса микропроцессор 2 производит конфигурирование своих внутренних ресурсов из последовательных РПЗУ 20 и осуществляет выборку из РПЗУ 6. По завершению процесса конфигурирования микропроцессора 2, инициализации внутренних ресурсов вычислительно-интерфейсного модуля 1 под управлением загрузчика производится загрузка и запуск операционной системы (ОС).

Часы реального времени 22 в вычислительно-интерфейсном модуле 1 производят измерения интервалов времени нахождения вычислительно-интерфейсного модуля 1 во включенном состоянии, определяют общее время наработки изделия, определяют точки отсчета регистрации данных в случае отсутствия связи с объектом. Датчик температуры 21 обеспечивает измерение текущей температуры воздуха внутри вычислительно-интерфейсного модуля 1 в наиболее теплонагруженной части. Результаты измерений поступают в микропроцессор 2 для оценки и регистрации отклонения от нормы (от минус 30 до плюс 40°C) и выдачи соответствующих дискретных команд.

Подключение внешних устройств через модули РМС/ХМС 25, 25 и внутренних устройств через интерфейс PCI Express 28 к первому коммутатору 7 обеспечивают мосты PCI Express - PCI 8, 9. При взаимодействии с внутренними устройствами мосты PCI Express - PCI 8, 9 обеспечивают передачу данных и управляющих воздействий по PCI 1 34 и PCI 2 35.

Для аппаратной поддержки взаимодействия с внешним USB-оборудованием в состав вычислительно-интерфейсного модуля 1 включен первый контроллер шины USB 13. Первый контроллер шины USB 13 подключен к интерфейсу Local BUS 33 и имеет два канала USB host 40 и один канал USB OTG 41. Первый контроллер USB 13 позволяет подключать широкий набор периферийных устройств (на чертеже не показано), как низкоскоростных (клавиатура, манипулятор типа «мышь»), так и высокоскоростных (USB Mass Storage Device), и обеспечивает питание этих устройств и защиту их от перенапряжения.

Организация обменов данными с накопителями данных с интерфейсом 8 IDE/CompactFlash 38 в вычислительно-интерфейсном модуле 1 происходит за счет контроллера съемного накопителя информации 14.

Взаимодействие по интерфейсам: IDE/CompactFlash 38, разовых команд 39, два канала USB host 40, один канал USB OTG 41, RS-232/422/485 42, 43, два канала Ethernet 44, 45 производится под управлением пользовательских программ.

1. Вычислительно-интерфейсный модуль, содержащий микропроцессор, два синхронных динамических ОЗУ, два коммутатора, отличающийся тем, что дополнительно содержит РПЗУ начальной загрузки, РПЗУ программ и данных пользователя, два моста PCI Express - PCI, Ethernet-приемопередатчики, два контроллера шины USB, контроллер съемного накопителя информации, мультипротокольные приемопередатчики, часы реального времени, датчик температуры, последовательные РПЗУ, микроконтроллер, супервизор напряжений питания, таймер наработки, источники вторичных напряжений питания, первый и второй модули РМС/ХМС, генераторы тактовых серий, блок управления, причем микропроцессор через интерфейс PCI Express соединен с первым коммутатором и вторым мостом PCI Express - PCI, через интерфейс Local BUS - с блоком управления, РПЗУ начальной загрузки, РПЗУ программ и данных пользователя, первым контроллером шины USB, через интерфейсы DDR2bus - с первым и вторым ОЗУ, через интерфейсы GMII - с Ethernet-приемопередатчиками, входы-выходы которых соединены с первыми входами-выходами дополнительно введенного общесистемного соединителя, вторые входы-выходы которого через первый интерфейс I2C соединены с входами-выходами микроконтроллера, датчика температуры, супервизора напряжений питания, с последовательными РПЗУ, с микропроцессором, входы-выходы которого через второй интерфейс I2C соединены с входами-выходами таймера наработки и часами реального времени, причем группа входов-выходов с третьего по шестой общесистемного соединителя соединена соответственно с группой входов-выходов с первого по четвертый второго коммутатора, пятые входы-выходы которого через интерфейс Serial RapidIO соединены с микропроцессором, который имеет дополнительные входы-выходы для интерфейса JTAG, входы-выходы UART0, UART1 для соединения с мультипротокольными приемопередатчиками и вход для соединения с первым выходом генераторов тактовых серий, выходы которых со второго по тринадцатый соединены соответственно с входами второго коммутатора, первого моста PCI Express - PCI, модулей РМС/ХМС, второго моста PCI Express - PCI, первого коммутатора, устройства ввода-вывода, микроконтроллера, Ethernet-приемопередатчиков, контроллеров шины USB и контроллера съемного накопителя информации, входы-выходы которого через второй интерфейс PCI 2 соединены с входами-выходами второго контроллера шины USB, второго моста PCI Express - PCI и с третьими входами-выходами второго модуля РМС/ХМС, первые, вторые и четвертые входы-выходы которого соединены соответственно со вторыми входами-выходами первого коммутатора, с девятыми и седьмыми входами-выходами общесистемного соединителя, восьмые и десятые входы-выходы которого соединены соответственно с четвертыми и вторыми входами-выходами первого модуля РМС/ХМС, первые и третьи входы-выходы которого соединены соответственно с первыми входами-выходами первого коммутатора и через первый интерфейс PCI 1 - с первыми входами-выходами первого моста PCI Express - PCI, вторые входы-выходы которого соединены с третьими входами-выходами первого коммутатора, причем вход блока управления является первым входом общесистемного соединителя, вход источников вторичных напряжений питания является вторым входом общесистемного соединителя, первый и второй выходы блока управления являются соответственно выходом общесистемного соединителя и выходом блока управления через интерфейс разовых команд, выход контроллера съемного накопителя информации образует выход через интерфейс IDE/CompactFlash, причем Ethernet-приемопередатчики и мультипротокольные приемопередатчики имеют дополнительные входы-выходы через интерфейсы два канала Ethernet и RS-232/422/485 соответственно, первый контроллер шины USB имеет дополнительные входы-выходы через интерфейсы, два канала USB host и один канал USB OTG.

2. Вычислительно-интерфейсный модуль по п.1, отличающийся тем, что в вычислительно-интерфейсном модуле группа входов-выходов с первого по десятый общесистемного соединителя является соответственно группой входов-выходов с первого по десятый вычислительно-интерфейсного модуля, дополнительные входы-выходы первого контроллера шины USB являются соответственно одиннадцатыми и двенадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейсы два канала USB host и один канал USB OTG, дополнительные входы-выходы мультипротокольных приемопередатчиков являются соответственно тринадцатыми и четырнадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейсы RS-232/422/485, дополнительные входы-выходы микропроцессора являются пятнадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейс JTAG, дополнительные входы-выходы Ethernet - приемопередатчиков являются соответственно шестнадцатыми и семнадцатыми дополнительными входами-выходами вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейсы два канала Ethernet, первый вход общесистемного соединителя является первым входом вычислительно-интерфейсного модуля, второй вход общесистемного соединителя является вторым входом вычислительно-интерфейсного модуля, выход общесистемного соединителя является первым выходом вычислительно-интерфейсного модуля, выход контроллера съемного накопителя информации через интерфейс IDE/CompactFlash является вторым выходом вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейс IDE/CompactFlash, второй выход блока управления через интерфейс разовых команд является третьим выходом вычислительно-интерфейсного модуля через интерфейс разовых команд.

Промышленный оптический 5, 8 или 10-портовый Коммутатор связи sw-1 относится к области оборудования, которое применяется для передачи данных, реализующего технологии коммутации кадров в единой сети электросвязи РФ и корпоративных сетях в случае их присоединения к единой сети электросвязи РФ.