M-Module

Мезонинный подход, предусматривающий размещение нескольких функций в одном слоте платы, издавна применяется как в проприетарных, так и в открытых стандартах. Оба эти подхода имеют свои обоснования и сферы применения. M-модуль — открытый стандарт, который получил в своё время распространение для реализации аналоговых и цифровых систем ввода-вывода, измерительных приборов, решений для робототехники, управления движением и промышленных шин. Первоначально стандарт был разработан германской компанией MEN Mikro Elektronik для применения с VMEbus, однако вскоре был расширен для поддержки и CompactPCI. M-модуль утверждён как стандарт ANSI/VITA 12-1996.

Помимо однократной (single wide) конфигурации, M-модули могут выпускаться и в двойном, тройном и четверном вариантах ширины. Поскольку стандарт возник в сфере VMEbus, его размеры таковы, что четыре модуля помещаются в одну 6U-плату, а два — в 3U. Благодаря развитию других стандартов бэкплейнов, четыре модуля легко размещаются на фронтальной панели VXI и 6U cPCI/PXI, два — на фронтальной панели 3U cPCI/PXI, до восьми — на плате-носителе для рэйкового монтажа 1U LXI.

В настоящее время инструменты в форм-факторе M-модуля доступны для следующих категорий:

• Генератор импульсов
• Генератор функций
• Генератор произвольных форм сигналов
• Цифровые генераторы слов
• Цифровые мультиметры
• Счётчики/таймеры
• рубидиевые источники
• OCXO
• Приёмники GPS-синхронизации
• усилители-распределители
• Точные источники напряжения
• MIL-STD-1553, CAN-шина, ARINC429
• Модули коммутации
• Последовательные, аналоговые и цифровые интерфейсы ввода-вывода

К 2020-м годам M-модули стали считаться устаревшей (legacy) технологией и были вытеснены более производительными мезонинными стандартами, такими как PMC, XMC и FMC. Новые форматы, использующие высокоскоростные последовательные интерфейсы (например, PCI Express), обеспечивают значительно более высокую пропускную способность, необходимую для современных систем. Вследствие этого применение M-модулей в новых разработках практически прекратилось, и они используются преимущественно для поддержки и обслуживания унаследованных систем.

Существенное достоинство M-модуля заключается в относительно простых электрических и механических спецификациях. Это позволяет инженеру разработать требуемую функцию без необходимости глубокого изучения стандартов VXI, PXI или LXI, так как существуют платы-носители, позволяющие переносить разработанные решения в нужную шину или бэкплейн тестовой системы.

Последняя версия стандарта на M-модули, VITA 12-1997, с 2022 года имеет официальный статус «стабилизированное сопровождение» (англ. Stabilized Maintenance, S2022), присвоенный организацией VITA. Этот статус означает, что стандарт считается завершённым, его активная разработка прекращена, и выпуск новых версий не планируется. Стандарт не был отозван и остаётся действующим для поддержки существующих систем, а его документация по-прежнему доступна.

Как и для любого мезонинного модуля, необходим способ подключения его к бэкплейну или более высокоуровневому интерфейсу. Для этого используется так называемый носитель (carrier). Носители бывают двух типов: неинтеллектуальные и интеллектуальные. Первые выполняют базовые функции (механический монтаж, питание), а также могут реализовать преобразование между типами шин, протоколами, маршрутизацию сигналов триггера и прерываний, обеспечивая работу каждого модуля как отдельного прибора на магистрали. Интеллектуальные носители, помимо этих функций, способны к предварительной и последующей обработке данных, объединению нескольких инструментов в составные, управляемые на более высоком уровне, а также к преобразованию команд от устаревших приборов для их замены в системе.

Не менее важную роль в поддержке мезонинных модулей играет программное обеспечение. Большинство перечисленных выше инструментальных M-модулей оснащаются драйверами VXI/PXI Plug-and-Play или IVI. Однако часть M-модулей, ориентированных на управление, имеют только драйверы на языке C. В соответствии со статусом устаревшей технологии, активная разработка новых PnP драйверов для M-модулей не ведётся; последнее значимое обновление основного пакета драйверов (MDIS5 для Linux) датируется маем 2023 года^[4]. Существующие драйверы продолжают поддерживаться для обеспечения совместимости в рамках жизненного цикла продуктов.

Главное преимущество инструментов в формате M-модуля — возможность как для поставщика, так и для пользователя быть «нейтральным к платформе». Для производителя достаточно разработать, например, один генератор импульсов, и с помощью носителей он сможет поставляться в форматах VXI, PXI, VME, LXI и других. Это значительно снижает издержки на разработку по сравнению с созданием отдельных генераторов для разных шин.