VPX

计算机总线

VPX是VITA(VME International Trade Association, VME国际贸易协会)组织于2007年在其VME总线基础上提出的新一代高速串行总线标准。VPX总线的基本规范、机械结构和总线信号等具体内容均在ANSI/VITA46系列技术规范中定义。VPX就是基于高速串行总线的新一代总线标准，该标准制定的最初目的为了保护VME总线的应用者，继承和延续VME总线。

提出动机

提出VPX的动机主要包括以下几个方面：

1）面向高密度、高性能计算。一方面系统可以应用于尺寸和重量受限的领域，另一方面系统应具有实现复杂算法和连接多个高速数据源的性能。

2）扩展带宽。采用串行互连架构，可以在显著增加带宽的同时，大大减少引脚的数量。VME总线的带宽为40~60MB，通过增加串行连接的数量，VPX总带宽可以达到100GB/s。串行互联技术如RapidlO、10GbE采用XAUI电气规范，其运行速度为3.125Gb/s。其他一些串行通讯技术的数据传输速度也在同一量级，如PCI Express为2.5Gb/s，Fibre Channel为4Gb/s，皆超出了VME64X系统DIN连接器1Gb/s传输速率的限制。

3）增强的电源设计。在VME64X规范中，背板的功耗限制为35W，考虑到目前微处理器的快速发展，多核、多处理器技术也在不断成熟，这一功耗限制已经成为瓶颈。VPX规范通过增加背板的供电以及更加完善的散热系统（传导、液冷）来解决此问题。

4）抗恶劣环境，可维护商业现货。VITA46系列协议对VPX总线做出了规范，VPX即为对VITA46系列协议的指称。该系列协议由VITA 46.0基本规范以及涉及VMEbus、Serial Rapidl0等信号映射的各类子协议构成。

发展概况

VPX总线诞生于VME总线，是一种通用的计算机总线，结合了Motorola公司Versa总线的电气规范和Eurocard机械封装标准，是一种开放式架构，支持并独立于多处理器计算机系统。1984年，VME国际贸易协会组织（VITA）成立，致力于推动VME总线的市场和发展。1987年，VME总线被IEEE正式接纳为万用背板总线（Versatile BackPlane Bus）标准，标准号为ANSI/IEEE-1014，总线接口为两个96芯的针孔连接器，数据宽度为32位，带宽为40MB/s，市场名称为VME32。从诞生到最初的十几年间，VME由于采用欧卡结构具有高可靠性使其在工业控制、实时处理和军用领域中都得到了广泛应用，并一度主导工控机实时领域。

随着电子技术的发展并迫于CPCI等其他标准的冲击和竞争，VITA先后多次推出升级版本，如VME64、VME64x、VME320。其中，VME64数据宽度从原先的32位扩展为64位，把P1/J1和P2/J2连接器从三行96针改为5行160针，带宽为80MB/s，增加了总线锁定周期和第一插槽探测功能，并加入了对热插拔的支持；VME64x相对于VME64，在P1/J1和P2/J2之间加入了一个P0/J0连接器，传输协议从四沿传输变为双沿信号传输，数据速率可达到160MB/s；其后VME320在VME64x基础上进一步采用双沿源同步传输协议（2eSST），可将理论带宽提高到320MB/s。遗憾的是，从VME64到VME320，市场反应并不理想。究其缘由，在这个海量数据时代，带宽是一个压倒性的指标，而用户显然对VME的带宽进展速度并不满意，毕竟这是一个诞生于近30年前的技术。此外，设备性能的大幅提高也带来了发热量迅速增加和可靠性降低等派生问题。

近几年，为了满足更大带宽和更强制冷能力的要求，VITA先后推出VXS（VITA41）、VPX（VITA46）和 REDI（VITA48）等一系列新的模块标准。其中，VPX全部采用的MultiGig RT2连接器具有连接紧密、插入损耗小和误码率底等优点；通过结合REDI构成的VPX-REDI平台可以满足苛刻环境和大带宽的工业需求，如军工和通信方面。

主要性能

VPX的核心在于连接器MultiGig RT2，相对于传统的针式连接器，这种高速差分连接器的硅晶片式（类似内存条的金手指）结构具有连接紧密、插入损耗小和误码率低等优点，每个差分接触对支持的数据带宽可高达10Gb/s，而且硅晶片都带有ESD接地层和触点层，防止操作期间受意外放电影响。尽管采用这种高速连接器牺牲了VPX与早期的VME产品在硬件上的兼容性，但是这种因为不兼容所带来的劣势在其他方面会得到更多的补偿，主要体现在两个方面：其一，可以直接从后背板配置快速I/O设备（如数字视频），这样能够消除由于前端配置带来的维修和形状尺寸问题；其二，为VME用户提供一个可以简单有效地采用各种高速开关互联结构的途径；其三，定义了大量的l/O管脚以便于系统的升级和扩展。

VPX支持多种并行和串行传输协议，主要包括VME64x和PCI并行总线协议。为了解决与CPCI和传统VME产品的兼容问题，VPX还允许采用了一种同时带有各种标准插槽的混合式背板结构，这样在系统升级时仍然可以保留大部分的现有模块。另外，REDI（VITA48）在模块加固和制冷增强方面对VPX进行了很好的补充，使之可以满足苛酷的军用环境等；并且这是第一个可用于军用平台的商用现货，具备成本优势。

版本

VPX总线分为3U和6U尺寸的两个版本。

3U标准包含3个接口：P0，P1，P2。P0为8片结构，其中3片为电源，可以提供+12V，+5V，+3.3V电源，3片为单端信号片，另外2片为差分信号片。P1为16片结构，提供16组差分对信号。P2为16片结构，能提供16组差分对信号或16个单端信号。

6U标准包含7个接口，分别为PO，Pl，P2，P3，P4，P5，P6。其中，P0-P2和3U标准一样，P3-P6每个接口能提供16组差分对信号或16组单端信号。

应用

自问世以来，VPX就受到相关领域的高度重视和青睐，结合REDI使得系统在具有Gigabyte的数据传输能力的同时，也具有加固的机械结构和更强的冷却能力。由于VME有着近三十年应用和发展的积累，在实时控制和军工领域依然拥有大量现存客户。从继承性和可靠性角度考虑，加上VPX本身具有的优越性，这类用户最终升级到VPX只是时间问题。许多VME总线工控机的大型制造商如 Motorola和Force Computers等自然也是VPX的主要倡导者和实践者。世界一些知名厂商已经早早在VPX技术上取得领先优势，如Motorola ECC、Interphase、Zynx、Nat Europe、Curtiss Wright、Tews、Acromag等在电信和国防应用方面都有着各自系列化的成熟产品。

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