可堆疊式架構(gòu)分歧

　　雖然標(biāo)準(zhǔn)組織在使用更新技術(shù)代替過時(shí)的ISA總線技術(shù)方面存在分歧，但經(jīng)典PC / 104對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者仍具吸引力。

　　要點(diǎn)

　　* PC/104模塊大小適度，配置穩(wěn)健，功耗低，成本低，可用性強(qiáng)，是高效的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。

　　* 雖然開發(fā)者是在衰退的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)(ISA)總線上開發(fā)了PC/104架構(gòu)，且已使用長達(dá)20年之久，但該架構(gòu)仍比包括PC/104-Plus和PCI-104在內(nèi)的更高速擴(kuò)展產(chǎn)品賣得好。

　　* 最近關(guān)于PC/104升級(jí)版的規(guī)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(tǒng)產(chǎn)品兼容，以提高計(jì)算和通信性能，并且維持板的空間。

　　隨著官方規(guī)范的增加，以及要求開發(fā)更多性能的多個(gè)定制變體的出現(xiàn)，像PC/104這樣的架構(gòu)仍然是堅(jiān)固且受空間限制的嵌入設(shè)計(jì)的主要選擇。然而，這些架構(gòu)將來可能面臨麻煩。PC/104靈活多樣，自其問世以來，一直是嵌入系統(tǒng)行業(yè)的寵兒，使設(shè)計(jì)者可以從數(shù)百個(gè)現(xiàn)成可用的處理器和擴(kuò)展卡中進(jìn)行選擇，并有大量可用的桌面軟件，以簡化系統(tǒng)集成。遺憾的是，用戶不斷要求提高某些應(yīng)用的數(shù)據(jù)速率，而行業(yè)協(xié)會(huì)尚未就下一代板到板通信策略達(dá)成一致。此外，由于最新的處理器芯片組不再支持傳統(tǒng)PC/104架構(gòu)，用戶對(duì)于目前可用數(shù)據(jù)率的滿意程度也面臨問題。

　　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(tái)式機(jī)芯片和軟件用于嵌入式系統(tǒng)。其名稱取自PC以及16位業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)(ISA)總線的接口腳數(shù)。該公司在 1992 年公布了PC/104的第一個(gè)正式規(guī)范，目前PC/104 Embedded Consortium仍保留該規(guī)范。PC/104卡使用堆疊嵌入連接器，無需主板、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連接器也能提供可靠的信號(hào)路徑。PC/104卡有四個(gè)角落安裝孔來支撐板，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總線已經(jīng)不在臺(tái)式機(jī)中使用，但對(duì)于嵌入系統(tǒng)來說，它仍然具有優(yōu)勢(shì)。許多嵌入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，對(duì)上一代處理器和停止使用的ISA總線很滿意。外設(shè)卡簡單、成本低、易于設(shè)計(jì)，這些都是嵌入產(chǎn)品的基本要求。ISA總線速度相對(duì)較低，這也使噪聲和電磁干擾(EMI)防護(hù)方案更為簡單。然而，ISA總線一直受歡迎的主要原因在于，大量的現(xiàn)成產(chǎn)品采用該架構(gòu)，給了設(shè)計(jì)者很大的選擇空間。多家制造商現(xiàn)在生產(chǎn)數(shù)百種獨(dú)有的低成本現(xiàn)成PC/104產(chǎn)品(見附文1《PC/104新論》)。

　　改變總線?

　　自PC/104問世以來，設(shè)計(jì)人員為它集成了多種增強(qiáng)功能，以擴(kuò)展其性能。外圍設(shè)備互連(PCI)總線實(shí)際上已經(jīng)取代了ISA在臺(tái)式機(jī)中的地位，因而系統(tǒng)架構(gòu)師把它增加到PC/104中。 PCI總線為高性能外設(shè)和應(yīng)用特定硬件帶來高得多的數(shù)據(jù)速率。PC/104 Embedded Consortium在 1997 年發(fā)布了PCI擴(kuò)展規(guī)范，即PC/104-Plus。PC/104-Plus規(guī)范使板的設(shè)計(jì)人員可以選擇單獨(dú)使用ISA總線、同時(shí)使用PCI和ISA總線或單獨(dú)使用PCI總線。PC/104-Plus需要新的連接器，即J3/P3，來容納PCI總線腳。由于板空間損失是PCI升級(jí)版的劣勢(shì)之一，因而PC/104 Embedded Consortimun創(chuàng)建了PCI-104變體，它無需使用ISA總線。原始版的PC/104仍然比PC/104和PCI-104 更新版都賣得好。

　　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(jié)拍，業(yè)界組織已經(jīng)為開發(fā)下一代PC/104至少提出了三種標(biāo)準(zhǔn)。這些更新采用由PCI SIG(Special Interest Group)定義的最新PCIe (PCI Express)規(guī)范，以及用于提高數(shù)據(jù)速率和改進(jìn)板到板通信的USB(通用串行總線)2.0 技術(shù)(見附文2《PCI Express：可堆疊式系統(tǒng)的理想結(jié)構(gòu)》)。雖然每種新標(biāo)準(zhǔn)均顯著地改進(jìn)了可堆疊架構(gòu)的性能，但最終產(chǎn)品不能交互操作，并且各產(chǎn)品與傳統(tǒng)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(guī)范達(dá)成一致協(xié)議，以便定義在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中使用高速 PCIe總線的標(biāo)準(zhǔn)方法。基本的PCIe鏈接包括兩條信號(hào)通道，該通道使用低壓差分信令(LVDS)擺動(dòng)和恒流線路驅(qū)動(dòng)器，能以5GT/s的速率在每個(gè)方向通信。可以通過增加信號(hào)對(duì)(或通道)來增加每個(gè)PCI Express鏈接的帶寬，直到達(dá)到所需性能水平為止。雖然PCIe規(guī)范定義了1道、2道、4道、8道、16道和32道帶寬，但PCI / 104-Express 規(guī)范只支持4個(gè)1道鏈接和1個(gè)16道鏈接。

　　瑞士數(shù)字邏輯(Digital-Logic)公司提供多種PCI/104-Express卡，包括MicroSpace MSM200 系列單板計(jì)算機(jī)(圖1)。模塊采用英特爾Atom處理器，運(yùn)行速度為1.6 GHz，還提供多種板載RAM選項(xiàng)。模塊的目標(biāo)應(yīng)用是電池供電的移動(dòng)計(jì)算機(jī)、視頻信息終端、具有音樂輸出的游戲系統(tǒng)、測量儀器和電信設(shè)備。除了具有高速中央處理器 (CPU)之外，MSM200為上述應(yīng)用提供所有標(biāo)準(zhǔn)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)平行磁盤接口。 MSM200 的起價(jià)為每單位(100)364 歐元(約520 美元)。