[본문스크랩] VMEbus - 산업계 표준버스

산업계 표준버스

인텔이나 모토로라 등 마이크로프로세서를 만드는 회사는 자사의 마이크로프로세서에 어울리는 시스템 버스를 개발하기 시작했다. 인텔의 8080A용 8비트 S-100 버스를 선두로 개발이 시작된 초창기의 버스는 특정 PC용으로 만들어진 것을 여러 업체에서 수용하는 과정에서 점차 호환성이 문제되기 시작했다. IBM-PC 버스와 그의 후속품들이 퍼스널 컴퓨터 시스템에 널리 사용되고 있을 때 산업계 및 다른 여러 부문에서는 좀더 고성능의 버스를 요구하게 되었다. VMEbus는 이러한 요구에 부응한 버스 구조이며 컴퓨터 구조이다. 1979년 모토로라는 68000 마이크로프로세서를 개발하면서 Back-plane 버스로 VERSA 버스를 같이 내놓았다. 그러나 VERSA 버스(VERSAbus-E)는 크기가 크고 커넥터 형태가 PCB EDGE형이어서 불편하고 접촉이 불량한 단점이 있었다. 이러한 이유로 EUROCARD 규격(DIN)에 맞도록 크기를 바꾸어 MOSTECK, SIGNETICES/PHILIPS와 같은 유럽의 전자회사들이 지원하여 VMEbus라는 이름으로 탄생하게 되었다. 그후 여러 회사들이 이 버스에 맞는 보드를 개발하자 국제위원회에서 이를 공식적으로 표준화하게 되었다. 현재 VMEbus는 안정적이고 신뢰성 있는 OPEN화된 표준버스로 구성요소의 가변성과 다양한 VENDER 지원, 유용성, 고속 데이터 전송(VME64-80MBps, VME320-320MBps) 등의 특성으로 전세계에서 가장 많이 알려져 있고 사용되고 있는 고성능 시스템 버스로 산업계 응용 분야에 폭넓게 사용하고 있다. 이와는 다르게 PC 버스라는 것이 있는데 특히 IBM은 PC에 인텔 CPU를 사용하면서 멀티버스를 쓰지 않고 IBM-PC/XT/AT 버스라는 독자적인 버스구조를 채택했는데 IBM-PC의 대성공과 더불어 이러한 버스들이 자연스럽게 Industrial Standard Architecture (ISA)로 자리잡았으며, 뒤를 이어 MCA(Micro channel Architecture)와 ESA(Extended ISA)가 등장하였다. ISA는 단순히 PC의 확장을 위해 쓰인 구조이므로 그다지 체계적이지 못하였는데 이러한 단점을 보완한 것이 MCA이다. ESA는 ISA와 호환성을 갖고 있는 것이 MCA와 다르지만 구조가 복잡하다는 단점이 있다. IBM 계열 외에 APPLE, MAC에서 사용되는 Nu 버스, Sun Microsystems의 S 버스 등도 버스시장을 형성하고 있으나 국내에 많이 보급되지는 않았다.

VMEbus의 특징

VMEbus는 MASTER/SLAVE의 구조로 되어 있어 다중 프로세서와 다중 프로세싱이 가능하다. 최대 320MBps까지 동작 가능하며, 대표적인 비동기식 전송방식으로 데이터를 전송할 때 어떠한 CPU clock과도 동기를 맞출 필요가 없어 그 버스를 쓰는 시스템의 기술이 허락하는 최대의 속도를 낼 수 있고, 다양한 전송속도를 가지는 보드가 하나의 버스 구조에 존재할 수 있어 프로세서에 독립적이며 최대 21개까지의 프로세서를 지원한다. 또한 VMEbus는 뛰어난 호환성을 자랑한다. IBM-PC의 경우 두 개의 카드가 있을 때 각 카드는 본체에 단독으로 쓰일 때는 잘 작동하다가 두 개를 같이 사용하면 안 되는 경우가 있다. 이것은 버스의 어드레스나 인터럽트를 같이 써서 생기는 문제인데 VMEbus를 쓰는 시스템은 버스만 존재하고 그 위에 CPU 카드, I/O 카드, 메모리 카드를 장착해서 사용하므로 서로 다른 회사에서 구입한 카드일지라도 호환성에 있어서 거의 아무런 문제가 발생하지 않는다. VMEbus는 그 규격이 일반화되어 있고 쉽게 구현할 수 있기 때문에 사용자가 필요한 기능만을 지원하는 보드를 개발하여 사용할 수 있다. 또한 시스템의 구조 변경에 유리하며 향후 업그레이드가 필요할 때 시스템 전체를 건드리지 않고 성능향상에 필요한 몇몇 부분만을 교체함으로써 가능하다.

응용 분야

VMEbus의 응용분야는 크게 산업용, 통신용, 군사용 등을 들 수 있는데 초창기에는 군사용 장비의 응용에 많이 사용되었으나 현재는 통신용이나 산업용 응용에 많이 사용되고 있다. 특히 산업용이나 군사용으로 VMEbus가 많이 사용되고 있는 것은 각종 시스템에 사용되는 제어기, 성능, 프로세서, 제조업자 등이 달라도 쉽게 VMEbus에 장착이 가능하며, 실시간 OS를 사용할 경우 이러한 장비의 실시간 제어가 가능하기 때문이다. 또한 VMEbus는 특허권이 없는 시스템 버스이므로 제조업자나 사용자가 로열티나 라이센스없이 자유로운 제품개발과 사용이 가능하므로 다양한 VME 보드 및 이를 응용한 시스템이 개발 판매되고 있으며, 각종 산업현장에 적용되고 있다.

다음은 응용 예로 VME 보드로 개발된 실시간 시스템의 사례로 분산형 공정제어기에 대해 언급하겠다. 본 장치는 단순 감시제어 기능은 물론 로직 시퀀스, 아날로그 루프제어 등의 고급제어 기능들을 수행함으로써 중앙제어장치 고장, 광역의 통신망 장애 등의 환경에서도 독자적인 운전에 의한 주요 기능의 분산처리를 가능하게 하며, 주 응용분야는 광역 수처리 설비, SCADA 시스템에 적용되고 있다. 산업용 표준규격인 VMEBus 시스템으로 3U 높이의 19" Rack 타입의 구조로 되어 있고, 크게 장치의 중추적인 역할을 수행하는 제어 연산부(CPU MODULE), 상위 시스템과의 이중화 통신을 지원하는 통신부 및 다양한 입출력 형태를 지원하는 입출력 CARD MODULE로 이루어져 있다. 제어 연산부는 고속의 32비트 처리능력을 가지는 모토롤라사의 32비트 CPU인 MC68340를 채용한 다기능 제어보드로 여러 가지의 단위 모듈기능들을 포함하여 간단한 하드웨어 구성과 저렴한 가격으로 효율적인 제어기를 구성할 수 있다는 장점을 가지고 있다. CPU 보드는 25MHz으로 동작하며, VMEBus 시스템에 장착되어 기능모듈들(감시, 제어, 계측, 통신)과 데이터링크를 하며 상위 시스템과 통신하도록 구성되었다. 통신모듈은 상위 호스트와의 통신기능을 수행하기 위한 보드로 전용의 통신 칩으로 구성되어 신뢰성 있는 데이터 링크를 수행하는 기능 보드이다. 통신 칩으로는 Intel사의 82530 SIO Chip을 사용하며 VMEBus상의 Slave 모드로 동작할 수 있도록 구성되어 있다.

- RAM 영역 : RAM 영역은 1MB 의 메모리 1BANK(512KB×2)로 구성되어 있으며, 전원 OFF시에도 데이터를 보존하기 위하여 Battery Backup이 가능하도록 구성되어 있다.

BANK 구성	A23	A19	Z15	A11	A7	A3
START(000000H)	0000	0000	0000	0000	0000	0000
END(0FFFFFH)	0000	1111	1111	1111	1111	1111

- ROM 영역 : ROM 영역은 프로그램이 저장되는 부분으로 전체 512KB의 EPROM으로 구성되어 있다.

BANK 구성	A23	A19	A15	A11	A7	A3
START(200000H)	0010	0000	0000	0000	0000	0000
END(27FFFFH)	0010	0111	1111	1111	1111	1111

- I/O 영역 : LOCAL I/O 영역은 CPU 보드에서 사용하는 개별적인 I/O포트에 대한 메모리 MAP으로서 다음과 같이 구성되었다.
·SWRD - CPU 보드의 모드 스위치용 READ STROBE 신호.
·WDT - CPU 보드의 하드웨어 WDT Clear STROBE 신호.
·RTC - CPU 보드내의 Real Time Clock Chip 용 STROBE 신호.

BANK 구성	A23	A19	A15	A11	A7	A3
SWRD(800000H)	1000	0000	0000	0000	0000	0000
WDT(800001H)	1000	0000	0000	0000	0000	0001
RTC(800100H)	1000	0000	0000	0001	0000	0000

- VME 영역 : VME 영역은 표준 A24/A16 영역을 사용하며 BUS를 통한 외부 메모리의 영역이다. CPU보드가 MASTER 모드로 동작하는 경우 BUS를 통한 데이터 처리는 8bit 단위로 Read/ Write된다. VME 영역에는 감시모듈, 제어모듈, 계측모듈 등의 현장 데이터 취득모듈과 SIO Chip을 내장한 통신보드가 장착될 수 있다.

BANK 구성	A23	A19	A15	A11	A7	A3
START(F00000H)	1111	0000	0000	0000	0000	0000
END(FFFFFFH)	1111	1111	1111	1111	1111	1111

결론

VMEbus 시스템은 과거 약 18년 동안 OPEN화된 버스 시스템으로서 여러 가지 장점으로 인하여 개발자, VENDER, END-USER등의 다양한 요구를 만족시켜주며, 산업계의 선두주자로 지속적인 발전을 해왔다. 현재 차세대 VMEbus 표준인 VME64에 대한 연구가 활발히 진행중이며, 최근 PCI제조업체 모임의 표준규격인 CompactPCI와 VMEbus 시스템의 접목의 노력으로 PC에 익숙한 개발자들이 쉽게 사용할 수 있고, PC의 다양한 기능들을 VME 시스템에 적용할 수 있게 되었다. 제어 산업분야에서는 점차적으로 저가격의 시스템과 PC 기반의 시스템의 요구로 인하여 산업용 PC와 싱글 프로세스 버스인 CompactPCI 시장도 어느 정도 성장할 것이다. 그러나 VMEbus 시스템은 각각의 응용분야가 추구하는 목적에 맞는 최상의 성능을 낼 수 있는 가변성을 제공하고, 무엇보다도 그 역사가 말해주듯 제어 산업분야에서 최고의 위치를 계속 유지할 것이며, 안정적인 성장이 기대된다.