一种基于OpenVPX标准的正交交换系统的制作方法

本实用新型属于信息处理技术领域，尤其涉及一种基于OpenVPX标准的正交交换系统。

背景技术：

新体制高性能信息处理系统要求系统具有数字化、软件化、大数据流、大带宽、海量存储、高速实时等特点，并对系统的抗震性、散热性、可靠性等提出了苛刻的要求。传统的信息处理系统针对特定的应用需求定制实现专用的信息处理系统，虽然其效率高、实时性好，但是有灵活性差、技术复用率低、成本高、研制周期长等局限。目前，标准化、模块化、可扩展、可重构已成为新一代信息处理系统的发展趋势，在这些趋势的推动下，OpenVPX(Vita65)作为新一代高性能、高可靠性处理平台标准，被广泛应用于航空、航天、军工等高可靠、高性能领域的信息处理系统。目前，Curtiss-Wright、Mercury Computer Systems等业界主流的系统提供商均把研究和设计重点都转移到OpenVPX架构上，纷纷推出了基于OpenVPX标准的各类标准模块及对应的数据交换系统。

在典型的基于OpenVPX标准的交换系统中，标准的负载模块和交换模块均与背板呈现空间上的垂直正交，而两者在背板的同侧，且呈现为空间上的平行；背板承载各模块的分布式电源网络并加固模块的机械结构，并提供模块间扩展层、数据层、控制层、管理层、应用层、用户自定义层等多层次的互连网络，如图1所示。在这些互连网络中，高速、高效、大带宽数据传输均是基于交换方式进行的，如Serial RapidIO(SRIO)、PCIe、千兆/万兆以太网等，即系统需要交换模块或者交换芯片提供交换路由，以SRIO交换为例，其互连拓扑如图2所示。然而，随着高性能信息处理系统对处理能力和传输能力需求的进一步提升，系统的槽位越来越多，使得互连的长度越来越长，互连密度越来越大，如图3所示。VPX核心交换可以提供32对差分对，每对差分对理论上可以提供10Gbps的数据交换能力，随着信号传输速率越来越高，使得传输线的非理想效应凸显，这使得交换系统设计面临严峻的挑战。首先，端到端的传输链路的损耗随信号速率、走线长度的增加而增加，使得信号幅度大幅衰减；其次，高速、高密度互连使得走线与走线、走线与过孔、过孔与过孔间的串扰变得严重，从而恶化信号质量；最后，高密度的互连势必会加剧PCB的布线难度，并增加PCB的层数及特殊工艺的使用(如背钻、盲孔、埋孔等)，从而增加人力及制板成本。

图3为现有技术的基于OpenVPX标准6U尺寸8槽位的SRIO交换系统某一信号层互连设计示意图(图中省去了其他信号线)，图中包括了7个负载槽位和1个交换槽位，各负载槽位的SRIO通道和交换槽位一一互连。从图中可以看出，系统的槽位越多，数据的传输能力越强，但会导致互连信号线的长度越来越长，互连密度越来越大。当信号传输速率越来越高，传输线的非理想效应凸显，这使得交换系统的设计面临严峻的挑战。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种基于OpenVPX标准的正交交换系统，使负载模块与交换模块由空间上的平行转变为空间上的正交，从而整个交换系统形成空间上的双面正交结构。

一种基于OpenVPX标准的正交交换系统，包括负载模块组、交换模块以及背板；

所述负载模块组包括至少2块相互平行的负载模块；

所述背板的一面上设有与各块负载模块所在位置一一对应的负载槽位，且各负载槽位上设有与负载模块相连的负载连接器，其中负载连接器包括公用负载连接器和自定义负载连接器；

所述负载槽位中相同位置处的任一个自定义负载连接器的位置被设定为交换槽位的位置，同时该交换槽位被设置于背板的另一面，且所述交换槽位与负载槽位相互正交；其中，交换槽位的位置上只设有与交换模块相连的交换连接器。

进一步地，所述正交交换系统使用欧卡6U尺寸的背板，且背板上包括7个负载槽位和7个交换槽位；

每个负载槽位上均设有1个公用负载连接器P0和5个自定义负载连接器P1、P2、P3、P5、P6，其中原自定义负载连接器P4所在位置被定义为交换槽位所在位置；任意一个交换槽位上设置公用交换连接器T0，剩余交换槽位分别设置6个自定义交换连接器T1～T6。

进一步地，所述正交交换系统使用欧卡3U尺寸的背板，且背板上包括7个负载槽位和7个交换槽位；

每个负载槽位上均设有1个公用负载连接器P0和1个自定义负载连接器P1，其中原自定义负载连接器P2所在位置被定义为交换槽位所在位置；任意一个交换槽位上设置公用交换连接器T0，剩余交换槽位分别设置6个自定义交换连接器T1～T6。

进一步地，其特征在于，所述负载连接器和交换连接器为基于OpenVPX标准的连接器。

有益效果：

本实用新型可在保证已有标准负载模块不做任何改动或者微小改动的前提下，有效支撑基于OpenVPX标准的交换系统的更高速、更高密度的数据交换能力，具体表现为：

1)交换槽位对应的连接器和负载槽位对应的连接器距离减小，有效缩短背板两两槽之间的走线长度，从而降低传输链路损耗；

2)可实施区域性背板走线控制，减少交叉和重叠，有效减少串扰效应；

3)降低PCB布线难度，并降低对板材及加工工艺的要求，从而降低人力及制板成本。

附图说明

图1为现有技术的基于OpenVPX标准的交换系统结构示意图；

图2为现有技术的基于OpenVPX标准的交换系统互连拓扑示意图；

图3为现有技术的基于OpenVPX标准的SRIO交换系统某一信号层PCB走线互连设计示意图；

图4为本实用新型提供的正交交换系统的实现方式示意图；

图5为本实用新型实施例一提供的正交交换系统的PCB走线互连设计示意图(VPX标准在结构上使用欧卡6U尺寸)；

图6为本实用新型实施例二提供的正交交换系统的PCB走线互连设计示意图(VPX标准在结构上使用欧卡3U尺寸)。

具体实施方式

下面结合VPX标准结构并举实施例，对本实用新型进行详细叙述。VPX标准在结构上使用欧卡3U和6U尺寸。6U VPX板卡上定义1个RT2连接器P0和6个RT2连接器P1～P6。3U VPX板卡只有6U VPX板卡中P0至P2三个连接器。其中，P0为公用连接器，提供了维护管理总线、测试总线和电源信号；P1～P6为用户自定义，既可以定义为差分信号，也可以定义为单端信号。

背板、负载模块、交换模块的连接器均采用常规的OpenVPX连接器，将传统交换系统背板上表面的交换槽置于背板的下表面，并与背板上表面的负载槽位正交垂直，其具体设计约束如下：

1)交换槽位占用OpenVPX标准规范中各负载槽位的用户自定义层连接器所对应的背板下表面区域；

2)交换槽位上的连接器设计方向与原用户自定义层连接器方向正交垂直；

3)交换槽位上的连接器的数量取决于交换系统的复杂度。

如图4所示，背板、负载模块、交换模块均采用常规的标准OpenVPX连接器。A表示改进后背板上表面(负载模块面)去掉的负载槽位上的负载连接器，实际位置由用户根据实际应用决定；B表示改进后背板下表面(交换模块面)增加的交换槽位上的交换连接器，实际位置为背板上表面去掉负载连接器对应的下表面区域，其投影区域为C所表示的虚线平面，且交换连接器方向与背板上表面负载连接器方向垂直正交，其数量取决于交换系统的复杂度。

本实用新型可在保证已有标准负载模块不做任何改动或者微小改动的前提下，有效支撑基于OpenVPX标准的交换系统的更高速、更高密度的数据交换能力。

实施例一

本实用新型实施例一提供了VPX标准在结构上使用欧卡6U尺寸的正交交换系统，使得负载模块与交换模块由空间上的平行转变为空间上的正交，整个交换系统形成空间上的双面正交结构。

如图5所示，为背板SRIO信号线所在层的平面图。该实施例中包含7组负载槽位和1组交换槽位。所有的负载槽位组按固定位置摆放在背板的正面位置，各负载槽位组包含1个RT2连接器P0和5个RT2连接器P1、P2、P3、P5、P6。将VPX标准结构中的P4连接器所在位置定义为本实用新型交换系统交换槽位所在位置。交换槽位摆放在背板的背面，其摆放位置和负载槽位位置正交，并摆放于负载槽位P4连接器对应位置的背面，交换槽位组包含1个RT2连接器T0和6个RT2连接器T1～T6；其中，T0为公用连接器，提供了维护管理总线、测试总线和电源信号；T1～T6为用户自定义，既可以定义为差分信号，也可以定义为单端信号；图5中的连线表示各负载槽位的交换层和交换槽位一一相连。

和图3中现有技术相比，该方式能够在对现有的负载模块和交换模块不做任何改动或者微小改动的前提下，使得交换槽位对应的连接器和负载槽位对应的连接器距离减小，有效缩短背板两两槽之间的走线长度，当速率达到VPX可传输的最大速率10Gbps时，能有效降低传输链路的插损；可实施区域性背板走线控制，减少交叉和重叠，有效减少串扰效应；降低PCB布线难度，并降低对板材及加工工艺的要求，从而降低人力及制板成本。

实施例二

本实用新型实施例二提供了VPX标准在结构上使用欧卡3U尺寸的正交交换系统，使得负载模块与交换模块由空间上的平行转变为空间上的正交，整个交换系统形成空间上的双面正交结构。

如图6所示，该图表示背板SRIO信号线所在层的平面图。该实例中包含7组负载槽位和1组交换槽位。所有的负载槽位组按固定位置摆放在背板的正面位置，各负载槽位组包含1个RT2连接器P0和1个RT2连接器P1。将VPX标准结构中的P2连接器所在位置定义为本实用新型交换系统交换槽位所在位置。交换槽位摆放在背板的背面，其摆放位置和负载槽位位置正交，并摆放于负载槽位P2连接器对应位置的背面，交换槽位包含1个RT2连接器T0和6个RT2连接器T1～T6；其中，T0为公用连接器，提供了维护管理总线、测试总线和电源信号；T1～T6为用户自定义，既可以定义为差分信号，也可以定义为单端信号；图6中的连线表示各负载槽位的交换层和交换槽位一一相连。

相比于现有技术的设计，该实施例增加了交换槽位的数量，并且将高速信号传输线的长度控制在最小。该设计方式能够在提高信号交换能力的同时提高了数据的传输能力。

综上，本实用新型能够在对现有的负载模块和交换模块不做任何改动或者微小改动的前提下优化了背板结构，降低了信号的插损和串扰效应，并降低了对背板板材的要求以及PCB布线难度，节约了人力成本和制板成本。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。