可堆疊式架構分歧

　　雖然標準組織在使用更新技術(shù)代替過(guò)時(shí)的ISA總線(xiàn)技術(shù)方面存在分歧，但經(jīng)典PC / 104對嵌入式系統設計者仍具吸引力。

　　要點(diǎn)

　　* PC/104模塊大小適度，配置穩健，功耗低，成本低，可用性強，是高效的嵌入式系統開(kāi)發(fā)平臺。

　　* 雖然開(kāi)發(fā)者是在衰退的行業(yè)標準架構(ISA)總線(xiàn)上開(kāi)發(fā)了PC/104架構，且已使用長(cháng)達20年之久，但該架構仍比包括PC/104-Plus和PCI-104在內的更高速擴展產(chǎn)品賣(mài)得好。

　　* 最近關(guān)于PC/104升級版的規范提議已經(jīng)包括PCIe或 USB通信，以便保持與基于PCI的軟件的兼容。

　　* 新的PC/104外型更新舍棄了直接與傳統產(chǎn)品兼容，以提高計算和通信性能，并且維持板的空間。

　　隨著(zhù)官方規范的增加，以及要求開(kāi)發(fā)更多性能的多個(gè)定制變體的出現，像PC/104這樣的架構仍然是堅固且受空間限制的嵌入設計的主要選擇。然而，這些架構將來(lái)可能面臨麻煩。PC/104靈活多樣，自其問(wèn)世以來(lái)，一直是嵌入系統行業(yè)的寵兒，使設計者可以從數百個(gè)現成可用的處理器和擴展卡中進(jìn)行選擇，并有大量可用的桌面軟件，以簡(jiǎn)化系統集成。遺憾的是，用戶(hù)不斷要求提高某些應用的數據速率，而行業(yè)協(xié)會(huì )尚未就下一代板到板通信策略達成一致。此外，由于最新的處理器芯片組不再支持傳統PC/104架構，用戶(hù)對于目前可用數據率的滿(mǎn)意程度也面臨問(wèn)題。

　　1987年，安普電腦(Ampro Computers)提出了最初的PC/104概念，以便將低成本臺式機芯片和軟件用于嵌入式系統。其名稱(chēng)取自PC以及16位業(yè)界標準架構(ISA)總線(xiàn)的接口腳數。該公司在 1992 年公布了PC/104的第一個(gè)正式規范，目前PC/104 Embedded Consortium仍保留該規范。PC/104卡使用堆疊嵌入連接器，無(wú)需主板、背板或插件框架。即使在惡劣的環(huán)境中，這些引腳和插槽總線(xiàn)連接器也能提供可靠的信號路徑。PC/104卡有四個(gè)角落安裝孔來(lái)支撐板，用于抵制撞擊和振動(dòng)。每個(gè)卡大小為 3.6英寸×3.8英寸，堆疊式卡間隔為0.6英寸。

　　雖然ISA總線(xiàn)已經(jīng)不在臺式機中使用，但對于嵌入系統來(lái)說(shuō)，它仍然具有優(yōu)勢。許多嵌入系統的設計者，對上一代處理器和停止使用的ISA總線(xiàn)很滿(mǎn)意。外設卡簡(jiǎn)單、成本低、易于設計，這些都是嵌入產(chǎn)品的基本要求。ISA總線(xiàn)速度相對較低，這也使噪聲和電磁干擾(EMI)防護方案更為簡(jiǎn)單。然而，ISA總線(xiàn)一直受歡迎的主要原因在于，大量的現成產(chǎn)品采用該架構，給了設計者很大的選擇空間。多家制造商現在生產(chǎn)數百種獨有的低成本現成PC/104產(chǎn)品(見(jiàn)附文1《PC/104新論》)。

　　改變總線(xiàn)?

　　自PC/104問(wèn)世以來(lái)，設計人員為它集成了多種增強功能，以擴展其性能。外圍設備互連(PCI)總線(xiàn)實(shí)際上已經(jīng)取代了ISA在臺式機中的地位，因而系統架構師把它增加到PC/104中。 PCI總線(xiàn)為高性能外設和應用特定硬件帶來(lái)高得多的數據速率。PC/104 Embedded Consortium在 1997 年發(fā)布了PCI擴展規范，即PC/104-Plus。PC/104-Plus規范使板的設計人員可以選擇單獨使用ISA總線(xiàn)、同時(shí)使用PCI和ISA總線(xiàn)或單獨使用PCI總線(xiàn)。PC/104-Plus需要新的連接器，即J3/P3，來(lái)容納PCI總線(xiàn)腳。由于板空間損失是PCI升級版的劣勢之一，因而PC/104 Embedded Consortimun創(chuàng )建了PCI-104變體，它無(wú)需使用ISA總線(xiàn)。原始版的PC/104仍然比PC/104和PCI-104 更新版都賣(mài)得好。

　　為了跟上技術(shù)的發(fā)展，并跟上不斷優(yōu)化的桌面軟件的節拍，業(yè)界組織已經(jīng)為開(kāi)發(fā)下一代PC/104至少提出了三種標準。這些更新采用由PCI SIG(Special Interest Group)定義的最新PCIe (PCI Express)規范，以及用于提高數據速率和改進(jìn)板到板通信的USB(通用串行總線(xiàn))2.0 技術(shù)(見(jiàn)附文2《PCI Express：可堆疊式系統的理想結構》)。雖然每種新標準均顯著(zhù)地改進(jìn)了可堆疊架構的性能，但最終產(chǎn)品不能交互操作，并且各產(chǎn)品與傳統PC/104產(chǎn)品的兼容程度也不盡相同。

　　PC/104 Embedded Consortiun于2008年初就PCI / 104-Express規范達成一致協(xié)議，以便定義在嵌入式系統應用中使用高速 PCIe總線(xiàn)的標準方法?；镜腜CIe鏈接包括兩條信號通道，該通道使用低壓差分信令(LVDS)擺動(dòng)和恒流線(xiàn)路驅動(dòng)器，能以5GT/s的速率在每個(gè)方向通信?？梢酝ㄟ^(guò)增加信號對(或通道)來(lái)增加每個(gè)PCI Express鏈接的帶寬，直到達到所需性能水平為止。雖然PCIe規范定義了1道、2道、4道、8道、16道和32道帶寬，但PCI / 104-Express 規范只支持4個(gè)1道鏈接和1個(gè)16道鏈接。

　　瑞士數字邏輯(Digital-Logic)公司提供多種PCI/104-Express卡，包括MicroSpace MSM200 系列單板計算機(圖1)。模塊采用英特爾Atom處理器，運行速度為1.6 GHz，還提供多種板載RAM選項。模塊的目標應用是電池供電的移動(dòng)計算機、視頻信息終端、具有音樂(lè )輸出的游戲系統、測量?jì)x器和電信設備。除了具有高速中央處理器 (CPU)之外，MSM200為上述應用提供所有標準的PC接口，包括以太網(wǎng)接口、一個(gè)音頻控制器、四個(gè) RS-232 接口和兩個(gè)串行及一個(gè)平行磁盤(pán)接口。 MSM200 的起價(jià)為每單位(100)364 歐元(約520 美元)。