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板卡接口的过去与现在,工业总线规格总汇

作者: 时间:2013-02-27 来源:网络 收藏


面向测量仪器扩展的VXI

除此之外,还出现了以VME为基础、面向测量仪器的接口规格。这就是VXI(VMEbus Extensions for Instrumentation)。这一规格目前由名为“VXI Bus Consortium”的组织管理,之前由美国惠普和美国泰克等测量仪器厂商为主制定。相关标准等可能通过VXI Bus Consortium的网站下载*注2。

VXI的基本通信协议等与VME一样。硬件方面的区别有以下三点:

(1)板卡尺寸:VME支持A/B 2种尺寸,而VXI在VME的基础上又增加了C/D 2种尺寸,共计定义了4种尺寸(图3)。

(2)追加P3了接头:P1/P2在保持与VME的兼容性的同时,在P3追加了高速信号线。理论上甚至可进行1Gbit/秒的传送。另外,P3还追加了同步通信用的100MHz时钟。

(3)1套系统最多可追加256台设备。

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图3定义了四种板卡尺寸的VXI
VXI提供A、B、C、D四种尺寸

软件方面也做了大幅扩展。其特征是“IEEE-488”,即与GPIB的高亲和性。在此之前GPIB已经广泛应用于测量仪器的连接,VXI考虑通过软件来实现与GPIB的联动。从VXI的通信层来看,除了可以直接通过自主协议访问VXI外,还备有Communication Register和Word Serial Register层(图4)。应用设备通过使用这些层,可以作为Shared Memory或者GPIB兼容设备访问VXI支持设备。

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图4VXI的通信层
VXI定义了Communication Register和Word Serial Register层。使用这些层除了可以直接通过自主协议访问VXI外,还可以作为Shared Memory或者GPIB兼容设备访问VXI支持设备

目前VXI最新的标准是2003年11月亮相的“Revision 3.0”。尽管VME所支持的2eSST也增加到了Revision 3.0中,但不可否认与VITA推动的各种VME扩展版相比,VXI给人以停滞感。另外,检测VXI支持设备间相互连接性的VXI plugplay Systems Alliance在2000年之后也处于很少有新动向的状态*注3。这也许是因为VXI本来就是专门面向测量仪器的规格的缘故吧。除了被人认为难以应用于普通的用途以外,测量仪器使用的板卡之间的连接连接总线近来也开始由VXI向PXI过渡,VXI的需求并不多则是事实。

PC/104、PC/104-Plus、PCI-104——广泛应用于子板的层叠用途

在规模较小的用途,比如说在主板上层叠子板的相互连接中普遍使用的子板的内部接口是PC/104。这一规格为1992年由业内12家公司联合制定。现在由“PC/104 Embedded Consortium”管理。PC/104以及之后的PC/104-Plus、PCI-104、EBX、EPIC等规格均为开放标准,可通过PC/104 Embedded Consortium的Web网站免费获得*注4。

PC/104的基本思路是“实现ISA的无背板使用”。具体而言就是在板卡的正面设计接头的插口、在背面设计接头的插头,在通过分隔层层叠时,通过在同样位置配备接头来实现ISA总线的共享(图5)。接头形状方面,只支持8bit的为64端子,同时支持8bit和16bit的为104端子(图6)。PC/104这一名称就来源于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。

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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

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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)。

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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)。


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