将ATCA架构用于电信级操作系统的设计考虑..doc

将ATCA架构用于电信级操作系统的设计考虑(一) 作者：MelissaHeckman, RamRajan???? 上网时间：2006年01月27日 所属类别: 工业控制 I 嵌入式设计 I 技术方案 I 技术方案 I 技术方案 窗体底端 关键字: ATCA??高级电信计算结构??电信级操作系统 引言：高级电信计算结构(ATCA)提供了诸如高速、稳定性、开放标准和鲁棒的系统管理等特性，是电信级操作系统(CGOS)的可选平台。本文讨论了基于ATCA的设计考虑，包括热设计解决方案、结构拓扑考虑以及机箱管理。 在任何时候，管理电信级操作系统(CGOS)的设计和开发都是一项重要工作。特别是在成本挑战的时代，当团队由于有限的预算被缩减而被减到接近最低人数限度时，该工作显得尤为困难。再加上目前涌现了很多种交换架构，这使设计工程师面临不同的设计方向，也让他们开始理解任务内在的复杂性。 从哪里着手呢？最起码，目标应该是利用已经商业化、基于标准的硬件和软件来开发电信级平台。因此，设计工程师的目标使在满足面市时间要求的同时，为下一代网络实现具有互操作性和成本效益的解决方案。 不幸的是，由于许多性能上的限制，当前可用的商业化产品无法提供一个可行的解决方案。例如：主板空间无法容纳必须的功能；主板间距(密度)狭小；背板吞吐量有限；对信号完整性和电磁兼容性(EMC)的要求非常苛求；缺乏系统管理模块(软件和硬件)；容量、可靠性和性能缺乏可扩展性。高级电信计算体系结构(ATCA)的出现让人们充足的理由选择它作为CGOS的可选平台。 ATCA具有这些特性：1)高速可拓展到2.5Tbps；2)高实用性：凭借冗余、失效转移(Failover)、错误预报及防止实现可靠性、可用性和适用性(RAS)功能；3)开放的标准；4)利用互操作性的第三方产品可构建动态系统；5)鲁棒的系统管理特性；6)具有可扩展性和成本效益。 本文重点介绍机架式系统，其中包括背板。一旦确定用基于ATCA的体系结构构建CGOS，则首先需要定义以下参数：所需的结构插板和节点插板数目、总消耗功率、是用于开发还是应用、现场可更换单元(FRU)的冗余以及结构拓扑。 底盘(chassis)高度、电路板方位以及散热设计均基于结构插板和节点插板的数目。显然，当插板数量较少时，可以把它们组装在一个较小的底盘内，通过将其与电路板平行排列以及确保侧面气流。这样使机架内可容纳最大数量的机箱，在保持低成本的同时提供了可扩展性。当选择电路板垂直放置时，底盘高度也将受到电路板总功率消耗的影响。假如每个插板的功耗将近200W，那么应该考虑进气和出气空间都很大的较高底盘。如果对FRU冗余有这样的要求，例如风扇盘，这将近一步影响高度以及散热机制。 当必须对交换卡和其他设备进行彻底测试和调试时，发展的ATCA底盘在整个原型和测试阶段都非常有用。在此类应用中，一个集成-48V直流电源的底盘可给研发工程师提供很大便利。该电源可以放在使用交流电的桌面上，图1给出了一个底盘示例。 该底盘必须以不规则结构为特征。它应该能够抵抗4级地震的摇晃震动，同时其机械结构必须具有可装入ATCA板的容差。参考PICMG3.0规范来获得基于ATCA的平台设计准则是非常明智的。 选择最优的热管理解决方案 在设计ATCA机箱时，冷却是主要考虑的问题。每个插板消耗200W功率，且19寸的机架固定件机箱里总共消耗2800W功率，这对采用鼓风扇和送风机等空气流通装置来说可不是小数目。除此之外，NEBS级的功能性需要系统能在周围环境温度高达50°C时充分冷却。本文介绍的逐步分析法是确定和采纳最佳热量解决方案的一个经过验证和测试的方法。在给出热解决方案之前，应该确定这些事项：电路板的气流阻抗、空气过滤器的需求、可能的最大底盘高度以及需要的冷却冗余。最后，对整体散热所需的体积流速(立方英尺每分钟(CFM))的初步计算应该基于气流通道的温度每10°上升。 请注意，了解系统气流阻抗十分重要。该气流阻抗是进气口、空气过滤器、气流通道的转弯数以及电路板拓扑综合影响的函数。高密度组装的底盘(如ATCA)对气流具有更高的静态阻力，可限制大约60%的气流。 通常情况下，空气过滤器是大部分中央局设备强制要求有的装置，因此必须谨慎地选择空气过滤器。所选的任何空气过滤介质最少为符合Bellcore规范的可燃性等级。由于理论上所需的体积流速由此决定，所以气流速度(英尺每分钟)的计算可基于表明面积(平方英尺)来计算。由此，通过研究初始阻抗与表面速度数据/曲线的关系来选定过滤介质。最后确定影响整体气流开放区域的框架和手柄等部件。 除了清除不希望看到的灰尘和空气中污染物之外，空气过滤器通过内在的空气改善能力可以方便形成更薄的气流层，以下空气过滤器的选择需要研究