板卡接口的过去与现在工业总线规格总汇直线电机

板卡接口的过去与现在，工业总线规格总汇

板卡接口的过去与现在，工业总线规格总汇 2011： 用于系统中各种板卡间连接的总线种类繁多。如从过去广泛使用的VME派生出来的工业总线、连接主板和扩充卡的PCI-104，把用于板卡上芯片间高速连接的PCI类总线应用于板卡间的Compact PCI以及其扩展型等。本站将从今天起连载有关板卡间连接的各种总线特征和技术应用动态。 VME、VXS、VPX、VXI——从最初的标准出台历经20多于104端子。 制定PC/104的1992年，当时ISA的应用还非常广泛。以ISA为基础面向低端用途的XT（8bit）被广泛使用，因此PC/104在规格制定的时候同时支持勒这两种规格。常见的使用案例包括，把周边电路和电源部分和在一起作为主板、在其上配备只有CPU的和子板；或者反过来把CPU、电源和基本输入/出（I/O）电路集成到主板上，把扩展I/O作为子板等。与使用VME的情况相比，可构筑大幅节省空间的系统，因此PC/104得到了广泛普及。

图5PCI的板卡连接方法在板卡正反面设置插头和插座，通过分隔层相互层叠

图6PCI的2种插座PCI定义了只支持8bit的64端子和同时支持8bit和16bit的104端子两种形状

通过PCI实现高速化的PC/104-Plus 但是PC/104是以ISA为基础的，所以实际传送速度还不到10Mbit/秒，到了上世纪九十年代中期就让人感到传送能力不够了。在此背景下，在ISA的基础上采用PCI以进一步提高速度为目标制定的规格就是PC/104-Plus。该规格1997年公布了最初的标准。从接头的形状来看，在保留了原来PC/104用接头的基础上，追加了PCI总线用的120端子接头，形成了PC/104模块与PC/104-Plus模块同时存在的形式（图7）。

图7PC/104模块和其他模块的层积示例(a)为PC/104模块和PC/104-Plus模块混载的示意图。(b)为PC/104模块和PC/104-Plus模块以及PCI-104模块混载的示意图。(a)(b)中非栈接的模块相当于主板

过了2000年之后，ISA的需求不断萎缩。于是，从PC/104-Plus中取消掉ISA的PCI-104亮相。PCI-104“只是”取消了104端子的ISA用街头，从而只剩下120端子的连接器。 这些规格在电气方面，和ISA或PCI完全一致，不同的只是连接器的机械形状。因此，在硬件的开发中，软件就可以通过安装有ISA或PCI的个人电脑来进行开发。因此获得了非常广泛的应用，即使是现在仍然在使用之中。 对于主板（图7（a）中的非栈接（Non Stack Through）型PC/104-Plus模块，或者图7（b）中的非堆栈（Non Stack）型PCI-104模块的部分，各厂商如何开发出有各自特色的产品是重要的一点。因此，各种各样的产品相继推出，比如和个人电脑主板相互兼容的产品、以及采用独特形状形成ISA/PCI扩展卡形式的产品等。最近相当于主板的部分已经开始着手标准化。最有代表性的就是被称为“EPIC（Embedded Platform for Industrial Computing）”的规格。该规格2006年公布了“Version 2.0”。其中，外形尺寸为115mm×165mm，分成I/O Zone和Tall CPU and Power Zone等区域，同时考虑了嵌入底盘使用时的冷却等问题（图8）。

图8EPIC示意图遵循EPIC Version 2.0的板卡的特征是按照使用的领域分成I/O Zone和Tall CPU and Power Zone等区域

还有一个是被称为“EBX（Embedded Board，eXpandable）”的规格，也在2005年公布了“Version 2.0”。EBX规定的外形尺寸为203mm×146mm，除了比EPIC稍大外，另一明显特点就是分出了SIMM/DIMM Memory Zone、Video I/O Zone和PCMCIA SLOT Zone等区域。EBX瞄准的目标是信息家电类的平台，在机顶盒等领域经常使用。CompactPCI，CompactPCI Express和COM Express均为VME的板卡尺寸以及PCI的连接器 CompactPCI，CompactPCI Express和COM Express规格均由名为“PICMG（PCI Industrial Manufacturing Group）”的团体制定。PICMG顾名思义，就是由制造PCI元件厂商组成的团体，负责制定和推广以PCI和PCI Express为基础的标准接口。相关标准均可通过PICMG的网站下载*注5。 PICMG制定的板卡间连接总线规格为CompactPCI。简单地概括CompactPCI就是“板卡尺寸与VME一样，连接器为独自的PCI”。VME在产业领域应用得非常广泛，支持VME的底板也非常普遍。因此，CompactPCI在沿用VME底盘的同时，只将背板由Versa类型更换为PCI类型，以便使PCI能够应用于产业设备。 为此CompactPCI与VME一样也确定了3U（VME的单高度）和6U（VME的双高度）2个种类。3U可以使用220端子、6U可以使用535端子的连接器。3U的220端子同时支持32bit和64bit PCI，6U则追加了可以用于其它用途的315端子。利用追加端子支持VME64信号的就是CompactPCI卡。 CompactPCI卡的电气特性与PCI完全一样。因此，PCI的限制同样适用于CompactPCI。比如，1个CompactPCI背板最多只能连接8块板卡。要连接更多板卡的话，与PCI一样需要使用PCI-PCI总线桥。这样就可以形成连接16/24/32块板卡的构造。 CompactPCI本身相当于PCI的“Revision 2.2”。也就是说，还可以通过5V的电信号*注6。工作速度支持33MHz/66MHz中的任何一种。面向产业设备方面的特点是标准配备了热插拔(Hot Swap)支持功能。这一点也与PCI的热插拔功能一样，因此从结果来看，CompactPCI在电气方面与现有的PCI卡相同（机械性质就更不用说了）。CompactPCI的最新标准为1999年10月公布的“Revision 3.0”。 利用PCI Express 在利用CompactPCI的外观尺寸（Form Factor）的同时用PCI Express取代PCI的就是CompactPCI Express。CompactPCI Express也与CompactPCI一样，定义了3U和6U的2种板卡。不过，3U的连接器结合PCI Express进行了完全替换（图9）。新连接器中采用了ADF这一后面将要提到的Advanced TCA接口，目的是同时支持PCI Express Gen1（2.5GT/秒）和Gen2（5GT/秒）两种信号。顺便提一下，6U尺寸追加的315端子连接器的操作与CompactPCI一样。电气方面与PCI Express相同，热插拔也遵循PCI Express规格。

图9CompactPCI Express的3U板卡连接器构造遵循CompactPCI Express的3U连接器与遵循CompactPCI的连接器不同，以PCI Express信号代替PCI信号

CompactPCI Express的最新标准是2005年6月公布的“Revision 1.0”。不过，目前支持产品还不多，普及进程不尽人意。难以普及的主要原因是背板结构与CompactPCI具有非常大的差异（因为是点对点连接，所以需要相应的布线），而且实际使用时还必须同时使用PCI Express交换机等等。不过，CompactPCI的传输速度渐渐开始难以满足需求，所以CompactPCI Express有望成为新一代标准总线。注5 PICMG的网站为http://>

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