??? 摘? 要: 計算機及其芯片技術的發展和推廣應用,推動PCI總線規范成為事實上的標準總線,也使CompactPCI總線成為未來工控機的主流總線。CompactPCI總線工控機和其它總線工控機將并存一定的時間占領各自的市場。?
??? 關鍵詞: PICMG? PCI總線? CompactPCI總線? VME總線? PXI總線?
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??? 2002年3月13日,中國計算機行業學會PICMG/P.R.C.在信息產業部電子六所召開了2002年首次年會。從事CompactPCI(以下簡稱CPCI)總線工控機研究與設計工作的24位專家、學者和委員參加了會議。會上,專家們對CPCI總線工控機的現狀和應用前景展開了熱烈的研討,一致認為CPCI總線工控機技術目前已經發展成熟,開始進入廣泛應用階段。學會專家們還對國內自主研制的國產化CPCI總線工控機取得的成績給予了充分肯定,制定了“十五”期間國內CPCI工控機的發展戰略,并協調了個各委員單位的工作,為CPCI總線工控機在2002年的進一步發展奠定了基礎。?
??? CPCI總線工控機之所以被業界所青睞,是因為其既具有PCI總線的高性能又具有歐洲卡結構的高可靠性,是符合國際標準的真正工業型計算機,適合在可靠性要求較高的工業、和軍事設備上應用。CPCI總線工控機定義了兩種板卡尺寸,3U(100mm×160mm)和6U(233mm ×160mm),主要具有以下特點:?
??? ·標準歐洲卡尺寸,符合IEEE1101.1結構標準;?
??? ·氣密性、高密度2mm針-孔連接器,符合IEC-1076國際標準;?
??? ·板卡垂直地面安裝,利于散熱降溫;?
??? ·板卡正向安裝,反向拔出,四面固定;?
??? ·良好的抗振動和沖擊特性;?
??? ·金屬前面板,便于安裝、固定和指示;?
??? ·現場I/O信號由板后通過針-孔連接器引出,彈性連接,抗腐蝕、抗振動性能好;?
??? ·標準金屬機箱(鋁),EMC、ESD性能好,抗干擾能力強;?
??? ·支持熱插拔和熱切換(HotSwap);?
??? ·多處理器和多操作系統支持;?
??? ·無源母板,標準插槽,可擴展性和伸縮性能好;?
??? ·支持混合總線系統。?
???? CPCI總線是一個開放式、國際性技術標準,由PCI總線工業計算機制造商組織PICMG(PCI Industrial Computer Manufacturers Group)負責制定和支持。PICMG現有成員企業650個,其中主要包括PICMG China、Lucent Technologies、Motorola Computer Group、 National Instruments、PEP Modular Computers GmbH、Performance Technologies、Radisys Corporation、Siemens AG、Microsoft Corporation、Force Computers、DY4 Systems、Hewlett-pack-?
ard、IBM、International Test Technologies、SBS Embedded Computers、Ziatech、Compaq Computer Corporation等。國際上研制工控機及其相關設備的著名企業或公司幾乎都是PICMG的成員單位,具有廣泛的代表性。?
1 CPCI總線工控機與VME總線工控機的共存?
??? 幾年前,業界普遍認為,隨著CPCI總線工控機技術的發展與應用,勢必影響或危及傳統VME總線工控機的生存。因此有人斷言,VME總線工控機即將消亡。經過幾年的發展。VME總線工控機經過不斷地改革,也在尋求發展,在一定時期內,CPCI總線工控機和VME總線工控機還要共存,共同發展。但是被業界廣泛接受的新技術終究要代替舊的傳統技術,至于什么時候代替,只是個時間問題。現將CPCI總線與VME總線技術作個簡單的比較。?
??? 從時間上來看,VME總線工控機誕生于1981年。20年來,在高性能的實時應用領域一直處于主導地位。然而,昔日先進的總線架構,今天已經發展到盡頭,失去了發展的空間。為了生存,從VME32,改進到VME64、VME64x,直到VME320,但市場接受狀況并不理想。?
??? 對比之下,問世于1995年11月的CPCI總線工控機,源于現在和將來十幾年內流行于桌面機的Wintel架構和PCI總線標準,是未來工控機發展的主流總線,是現代先進技術的代表之一。?
??? 從CPU核心技術來看,VME總線工控機基于的是68K系列處理器,從68000到68060,68060已經是68K發展的生命終點。Motorola從68K轉向了PowerPC,但PowerPC難遂人愿。所以Motorola公司及時調整了技術路線,兼并了美國Pro-log公司,成立了Motorola Computer Group,致力于高可用性(High Availability)CPCI總線工控機的研制。?
??? 從軟件來看,VME總線工控機因為沒有統一的軟件標準,所以其軟件研制環境是特定的,并依賴于硬件。軟件研制一直是VME總線工控機的最大弊端,為此客戶須付出高昂的費用和漫長的研制周期。由于CPCI總線是與PCI總線兼容的開放式架構,可以利于PC技術的軟件資源,產品研制周期短、成本低。?
??? 從總線速度上看,32位33MHz的CPCI總線最大傳輸速度為每秒132兆字節,64位33MHz的為每秒264兆字節,64位66MHz時的峰值速度可達每秒528兆字節;而32位的VME總線最大理論帶寬為40兆字節,實際僅能達到每秒15兆字節左右的傳輸速度。?
??? CPCI總線工控機可以自動識別板卡,并自動配置系統資源,很容易實現即插即用;而VME總線工控機目前還做不到。?
??? CPCI和VME一樣,都有豐富的I/O子板,如PMC和IndustryPack,借助于載板,很容易插入到系統中使用。?
??? VXI總線(VME eXtension for Instrumentation)是基于VME的儀器儀表擴展總線;PXI總線(PCI eXtension for Instrumentation)是基于CPCI的儀器儀表擴展總線。?
??? CPCI/PXI總線是開放式架構,VME/VXI是封閉式架構。封閉式架構已經逐漸不再被市場所接受,這是業界的共識。從“封閉”走向“開放”也是歷史的必然。?
2 CPCI總線工控機主要產品現狀?
??? 國際上許多VME總線工控機大型制造商,如Motorola和Force Computers,皆斥巨資研制CPCI總線工控機。Motorola兼并STD總線工控機的主要制造商Pro-log,成立了摩托羅拉計算機事業部(Motorola Computer Group),主要從事高可用性(High Availability)CPCI工控機的研制,同時繼續支持VME和STD總線工控機。MCG最新推出的基于PIII處理器的CPCI總線單板計算機為CPN5360和CPN5365,主要面向IP電話和電信;面向工業、軍事和航天設備的CPCI總線工控機平臺為CPN5350,PII-266/333MHz。英特爾(Intel)公司兼并了原最大的STD32總線工控機制造商Ziatech和VME總線工控機制造商Dialogic,主要從事CPCI總線工控機的研制和應用。Ziatech于2001年5月18日推出了基于PIII-500MHz的ZT5531和PIII-850MHz的ZT5521 CPCI總線工控機,主要針對電信和互聯網市場。Force Computers于2001年4月30日發布的CPCI總線工控機CPCI-735/736,CPU為PIII-700MHz。Radisys也于2001年5月21日推出了基于Intel 815E芯片組的CPCI工控機EPC-3325,支持PIII-600/866MHz。德國控創集團(Kontron Embedded Computers)在2002年初成立了北京辦事處,將其高性能的基于Intel Pentium III Processor-M 的CPCI產品引入了中國市場。日本的CPCI總線工控機技術相對落后,ADTEK公司CPCI產品僅做到Pentium 75-233MHz。英國的CPCI總線工控機技術也在迅速發展,其中BVM公司的CPCI產品主要采用AMD K6系列、奔騰系列和Cyrix MII系列處理器,速度達到500MHz。總之,經過短短的五、六年,CPCI總線工控機的制造商已經發展到了數百家,產品形成了系列化,市場發展迅速。Motorola和Force Computers都通過代理打入了國內市場,發展勢頭看好。?
??? 臺灣的CPCI總線工控機技術相對比較先進,有代表性的是研華、凌華、大眾、磐儀、立端等公司,產品已經開始投放大陸市場。但需要在產品的系統性和配套性、價格及服務等因素上進一步改進,估計近幾年會得到迅速發展。北京康拓公司是大陸第一家自行研制和生產CPCI總線工控機的廠家,并有自己的創新點,在標準CPCI總線系統中,無縫嵌入了AT96(IEEE996)總線,在保證系統高性能、高可靠的同時,顯著降低了成本和開發難度,更有利于推廣和應用。產品CPU板從80186-16MHz、80386-80MHz、5x86-133MHz到PIII-600MHz、乃至超低功耗的片上系統(system-on-chip)--Crusoe TM5400-600MHz,已經形成系列。配套I/O模板種類齊全,組態軟件,金屬機箱,1+1冗余模塊化工業電源,提供了一步到位(One-Stop)的解決方案。國內主要從事CPCI總線工控機技術研究的單位還有華為、716所、707所和32所等,相信今年會有新產品不斷推向市場。?
3 CPCI總線工控機的應用?
??? 1998年,美國Marconi公司采用開放式架構CPCI工控機為美國空軍F16 Fighting Falcon戰斗機研制了第三代測試設備IAIS(Improved Avionics Intermediate Shop)。1990年的第二代IAIS采用的是VXI。?
??? Alta Technology采用CPCI/VME混合系統,為部署在美國西南部的導彈測試基地研制測控設備。設備采集從各種電子對抗設施(ECM)傳來的數據,處理后,確定目標(如雷達)。?
??? 美國海軍正在將用于部署在China Lake和Pt. Magoo的QF4戰斗機上的VME總線工控機升級為CPCI總線工控機系統,以增強電子對抗能力。?
??? Excalibur Systems Inc.將CPCI工控機系統用在了軍事運輸機C-17上。?
??? 在歐美,CPCI工控機取代VME工控機,逐漸應用在空防、海防和陸地軍事武器和航天地面測控設備上,如SBS Technologies的CR6 CPCI工控機系統等。?
??? 在國內,西安空軍工程大學采用北京康拓公司生產的APCI5094(5x86-133MHz) CPCI總線工控機系統研制成功了進口戰斗機地面測試設備,并通過了總裝備部、空軍組織的產品鑒定。中國核動力研究院設計院采用康拓公司的CPCI產品研制了“九五”重點攻關項目“核電站數字化反應堆保護系統”原理樣機,并通過了中國核工業集團公司組織的鑒定。“核電站反應堆保護系統”是核電站重要的安全系統,有較高的可靠性要求。這是國產化的工控機和國產化設備首次應用在“核保護裝置”上,推進了核電站保護設備的國產化過程和相關領域的技術進步。浙江紹興精工集團采用北京康拓公司生產的CPCI工控機系統研制成功了國產化先進的“噴氣”紡織機。國產化的CPCI總線工控機在國內航天領域的《神通一號》衛星動量輪地面測試系統、《風云二號》氣象衛星自旋線路系統測試設備、《東方紅四號》通信衛星推進系統地面測試設備中也得到了成功應用。在這以前,由于沒有國產高性能的工控機可用,我國衛星地面測試設備基本被進口設備所壟斷,如VME總線和VXI總線測試設備,用價格驚人來形容毫不過分,同時國防信息安全也沒有保證。國產化的CPCI總線工控機在海軍、電力、鐵路、公路隧道等方面已經有數十家用戶,產品已經被市場認可,并正在繼續發展。?
??? 綜上所述,CompactPCI總線技術在軍工通訊領域得到成功應用之后,近幾年在工業自動化總線型工控機領域中已獲得突破性進展。北京康拓公司2001年11月研制成功的采用CompactPCI總線和AT96總線雙總線結構的《APCI5000系列工控機》,已經通過航天科技集團組織的新產品技術成果鑒定會,標志著中國有了自己的CompactPCI總線工控機平臺。這從技術水平上提高了我國企業進入WTO以后的市場競爭力,對我國傳統產業升級改造和優化產業結構,都具有十分積極的作用,對提高我國的國防實力都具有十分重要的意義。隨著人們對CPCI總線工控機認識的深入,隨著技術的進步和思想的解放,CPCI總線工控機以其系統的開放性、軟件硬件的標準化、高性能和高可用性,必將在可靠性要求很高的工業和國防領域中得到越來越廣泛的應用,為實現國家“信息化帶動自動化”的目標,作出應有貢獻。?
參考文獻?
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