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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

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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。

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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://www.picmg.org/。PICMG会员下载免费,非会员需要付费购买。

注6 与PCI总线不同,CompactPCI中不存在同时支持3.3V和5V的背板。为此板卡需要限定为支持哪一种信号。

PCI-104的高性能版--COM Express

选择了与CompactPCI和CompactPCI Express完全不同的发展方向的是COM Express。COM是Computer-On-Module的略语,可以说定位于PCI-104的高性能版。所支持的信号种类也很多。

COM Express定义了Basic Form Factor(125mm×95mm)和Indexed Form Factor(155mm×100mm)2种板卡尺寸,连接器的形状也统一为ROW AB和ROW CD2种,均为220端子。这些端子可以通过的信号数量如下:

(1)与PCI Express合计最多32路(目前支持Gen1,将来计划支持Gen2)
(2)外部连接用PCI Express×16路
(3)最多4条SATA/150路(将来计划支持SATA/300)
(4)最多3个GbE端口(将来计划支持10GbE)
(5)最多8个USB2.0端口
(6)最多2信道LVDS
(7)最多2信道Serial DVO(Digital Video Out)

当然,并不是说可以同时实现上述功能,而是以几种信号组合的方式提供。另外,COM Express与PCI-104等不同,采用的是COM Express板卡(这里指的是子板)与支持该板卡的载板(指的是主板)配对的方式。因此,COM Express板卡无法层叠多块来使用。

COM Express的应用目标是要求省空间和高性能的领域,比如信息家电、游戏机和保健设备等。其目标就是制作适合这些用途的载板,然后再配备上嵌入有CPU的COM Express板卡,这样就可以马上作为产品供货。目前在台湾等地支持COM Express的板卡提供样品供货的越来越普遍,开始逐渐取代原来使用PCI-104的用途。

支持PCI-X的规格也已出现

PICMG制定的板卡间连接的标准规格除以上介绍的之外,还有几种。其中,被定位为最高端的总线是Advanced TCA。TCA是Telecom Computing Architecture的简称,正如其字面意义,这是一种面向电话公司及因特网提供商的骨干设备中路由器的底板接口。具备高可靠性用途所要求的性能,如通过多个协议支持约40Gbps的通信、提供99.999%的可靠性、提供扩展性等。

除上述高端用途外,较常见的还有PICMG 1.0。通常被称为PCI-ISA。与其名称一样,这是作为同时具备PCI和ISA总线的板卡,PICMG 1.0中定义了利用这种板卡作为背板的规格。此外还有PICMG 1.2。它定义了同时支持PCI-X和PCI的ePCI(Embedded PCI)板卡规格。PICMG 1.3则定义了支持PCI Express的SHB Express(System Host Board Express)。

无论哪种规格,其电气特性及协议均利用了板卡上芯片之间相互连接时所使用的PCI、PCI Express及ISA等总线,确定了用于板卡间连接时的总线机械形状和系统封装标准。可以说板卡上芯片间连接所使用的总线与板卡间连接所使用的总线非常相近。

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