前言
从1998年中国计算机行业协会picmg/prc成立,并将compactpci/pxi总线技术引入到国内以来,短短的6年时间,中国compactpci/pxi技术取得了令人瞩目的成绩,研制和推广应用单位发展到数十家,应用普及程度不断提高,应用面不断扩大。作为一种能够满足不同行业需要的高性能、高可靠、高可用以及经济型工业计算机技术,compactpci/pxi正在越来越广泛地被电信(telecommunications)、数据通信(data communications)、计算机电话集成系统(computer telephony integration)、工业自动化(industrial automation)、监控和数采系统(scada)、测试和测量自动化(test & measurement automation)、网络互连(networking connectivity)、航空航天(avionics & aerospace)以及军工和国防(military & defenses)等领域所关注和采用,成为了我国电子信息产业发展的新亮点。
形势喜人,但来之不易。几年前,即使在2002年,中国计算机行业协会picmg/prc在全国范围内进行compactpci/pxi技术宣传、普及、培训过程中,人们大多还只是出于对新技术的捕捉、跟踪、了解、好奇甚至疑虑来参加研讨会的,但随之便被新技术的特殊魅力所强烈感染。到了2003年,今天可以告诉大家,compactpci/pxi技术在中国已经开始大范围生根、开花、结果,越来越多的企业已经或者开始基于compactpci/pxi平台研制新产品、改造老产品、承接或实施应用项目,开始品尝到了新技术所带来的丰硕成果。
然而,随着技术的不断发展,以compactpci总线为代表的新一代工控机技术引起了业界越来越强烈的关注,迫切需要得到诸如“compactpci的关键技术以及未来发展方向是什么?compactpci、picmg 2.16、advancedtca之间的关系?它们产生的出发点和应用范围有什么不同?该如何进行选择?”等问题的答案,行业协会也有义务提供准确的答案。
2 compactpci总线技术走向成熟和完善
2.1 compactpci总线核心技术
为了满足日益提高的处理器速度对海量数据的快速传输和快速处理的要求,1992年,intel公司定义了pci总线作为局部总线,直接用于互连cpu与周边器件,如与显示控制器、网络控制器、内存控制器等互连。为了研制和管理pci标准,成立了pci总线特别兴趣组织(pcisig),并先后推出了pci local bus specification rev. 2.1、rev. 2.2以及最新版本rev. 2.3,pci总线也由芯片级互连总线发展成了板级互连总线。pci总线的32位/33mhz标准具有132mb/second数据传输速度,其64位/66mhz的标准可以达到528mb/second,所以,相对isa或vme总线每秒几mb或几十mb的传输速度而言,pci是高速总线。为了将pci总线应用于嵌入式领域,1994年成立了pci工业计算机制造商协会(picmg),主要动机就是为嵌入式计算机(如工业计算机,医疗设备,通信设备,交通设备以及军事系统等)研制通用技术标准。现在picmg在全球有三个分会,分别为picmg china(即picmg/prc)、 picmg europe和 picmg japan。
1997年8月,picmg发布了第一个compactpci技术标准picmg 2.0 rev. 1.0,compactpci specification。1997年9月发布了picmg 2.0 rev. 2.1。1999年10月发布了picmg 2.0 revision 3.0。picmg 2.0 r3.0是compactpci总线的核心标准,也是compactpci技术的精髓。它由三项领先技术综合而成:
² pci局部总线的电气特性(pci local bus specification, pcisig)。
² 工业级欧洲卡封装结构和规格(iec 60297-3 and –4, eurocard specification; ieee 1101.11, ieee standard for additional mechanical specifications for microcomputers using ieee 1101.1 equipment practice)。
² iec 2mm高密度针孔连接器(iec-61076-4-101, specification for 2mm connector systems)。
picmg 2.0 revision 3.0规定了背板上各插槽之间,系统槽与背板,i/o模板与背板之间严格的互连关系;定义了背板、模板和前后面板的结构和尺寸;定义p1支持32位pci操作,p1和p2支持64位pci操作,p3、p4和p5留给用户使用或作为总线扩展用。规范还为33mhz和66mhz工作频率的clock信号分布,定义了严格的设计规则。规范还定义了系统管理总线,并为背板上每个插槽定义了唯一对应的物理地址。compactpci系统由金属外壳和前、后面板组成的整体导电以及esd电路设计,使得compactpci具有电磁辐射屏蔽和静电释放能力,表现出良好的电磁兼容性。
2.2 compactpci总线热插拔技术
可维护性是嵌入式计算机非常重要的特性。此外,面向特定应用的系统(如电信设备、电力保护设备、车载控制系统和军事系统等)还需要热插拔(hot swapping)功能和容错(fault tolerance)设计。
compactpci(以下简称cpci)技术规范使得流行的pci总线兼容架构可以用欧洲卡规格实现。