板卡接口的過去與現在,工業總線規格總匯
面向測量儀器擴展的VXI
除此之外,還出現了以VME為基礎、面向測量儀器的接口規格。這就是VXI(VMEbus Extensions for Instrumentation)。這一規格目前由名為“VXI Bus Consortium”的組織管理,之前由美國惠普和美國泰克等測量儀器廠商為主制定。相關標準等可能通過VXI Bus Consortium的網站下載*注2。
VXI的基本通信協議等與VME一樣。硬件方面的區別有以下三點:
(1)板卡尺寸:VME支持A/B 2種尺寸,而VXI在VME的基礎上又增加了C/D 2種尺寸,共計定義了4種尺寸(圖3)。
(2)追加P3了接頭:P1/P2在保持與VME的兼容性的同時,在P3追加了高速信號線。理論上甚至可進行1Gbit/秒的傳送。另外,P3還追加了同步通信用的100MHz時鐘。
(3)1套系統最多可追加256臺設備。
圖3定義了四種板卡尺寸的VXI
VXI提供A、B、C、D四種尺寸
圖4VXI的通信層
VXI定義了Communication Register和Word Serial Register層。使用這些層除了可以直接通過自主協議訪問VXI外,還可以作為Shared Memory或者GPIB兼容設備訪問VXI支持設備
PC/104、PC/104-Plus、PCI-104——廣泛應用于子板的層疊用途
在規模較小的用途,比如說在主板上層疊子板的相互連接中普遍使用的子板的內部接口是PC/104。這一規格為1992年由業內12家公司聯合制定。現在由“PC/104 Embedded Consortium”管理。PC/104以及之后的PC/104-Plus、PCI-104、EBX、EPIC等規格均為開放標準,可通過PC/104 Embedded Consortium的Web網站免費獲得*注4。
PC/104的基本思路是“實現ISA的無背板使用”。具體而言就是在板卡的正面設計接頭的插口、在背面設計接頭的插頭,在通過分隔層層疊時,通過在同樣位置配備接頭來實現ISA總線的共享(圖5)。接頭形狀方面,只支持8bit的為64端子,同時支持8bit和16bit的為104端子(圖6)。PC/104這一名稱就來源于104端子。
制定PC/104的1992年,當時ISA的應用還非常廣泛。以ISA為基礎面向低端用途的XT(8bit)被廣泛使用,因此PC/104在規格制定的時候同時支持勒這兩種規格。常見的使用案例包括,把周邊電路和電源部分和在一起作為主板、在其上配備只有CPU的和子板;或者反過來把CPU、電源和基本輸入/出(I/O)電路集成到主板上,把擴展I/O作為子板等。與使用VME的情況相比,可構筑大幅節省空間的系統,因此PC/104得到了廣泛普及。
圖5PCI的板卡連接方法
在板卡正反面設置插頭和插座,通過分隔層相互層疊
圖6PCI的2種插座
PCI定義了只支持8bit的64端子和同時支持8bit和16bit的104端子兩種形狀
但是PC/104是以ISA為基礎的,所以實際傳送速度還不到10Mbit/秒,到了上世紀九十年代中期就讓人感到傳送能力不夠了。在此背景下,在ISA的基礎上采用PCI以進一步提高速度為目標制定的規格就是PC/104-Plus。該規格1997年公布了最初的標準。從接頭的形狀來看,在保留了原來PC/104用接頭的基礎上,追加了PCI總線用的120端子接頭,形成了PC/104模塊與PC/104-Plus模塊同時存在的形式(圖7)。
圖7PC/104模塊和其他模塊的層積示例
(a)為PC/104模塊和PC/104-Plus模塊混載的示意圖。(b)為PC/104模塊和PC/104-Plus模塊以及PCI-104模塊混載的示意圖。(a)(b)中非棧接的模塊相當于主板
這些規格在電氣方面,和ISA或PCI完全一致,不同的只是連接器的機械形狀。因此,在硬件的開發中,軟件就可以通過安裝有ISA或PCI的個人電腦來進行開發。因此獲得了非常廣泛的應用,即使是現在仍然在使用之中。
對于主板(圖7(a)中的非棧接(Non Stack Through)型PC/104-Plus模塊,或者圖7(b)中的非堆棧(Non Stack)型PCI-104模塊的部分,各廠商如何開發出有各自特色的產品是重要的一點。因此,各種各樣的產品相繼推出,比如和個人電腦主板相互兼容的產品、以及采用獨特形狀形成ISA/PCI擴展卡形式的產品等。最近相當于主板的部分已經開始著手標準化。最有代表性的就是被稱為“EPIC(Embedded Platform for Industrial Computing)”的規格。該規格2006年公布了“Version 2.0”。其中,外形尺寸為115mm×165mm,分成I/O Zone和Tall CPU and Power Zone等區域,同時考慮了嵌入底盤使用時的冷卻等問題(圖8)。
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