CompactPCI這種開放的工業(yè)計算機標準是由PICMG制定出來的。它是當今第一個采用無源總線底版結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)。
1.PCI局部總線及其特點
PCI局部總線由美國Intel公司首先提出。1991年Intel公司聯(lián)合世界上多家公司成立了PCI SIG。PCI SIG致力于促進PCI局部總線工業(yè)標準的建立和發(fā)展。1992年，PCI SIG發(fā)布PCI局部總線規(guī)范1.0。經(jīng)過修改后，1993年發(fā)布了PCI局部總線規(guī)范2.0，1995年又發(fā)布了修改版2.1，并于1995年6月1日開始生效。PCI局部總線是微型機上的處理器/存儲器與外圍控制部件、外圍附加卡之間的互連機構(gòu)，它規(guī)定了互連機構(gòu)的協(xié)議、電氣、機械以及配置空間規(guī)范。在電氣方面還專門定義了5V和3.3V的信號環(huán)境。特別是PCI局部總線規(guī)范的2.1版定義了64位總線擴展和66MHz總線時鐘的技術(shù)規(guī)范。
PCI局部總線規(guī)范是當今微型機行業(yè)事實上的標準，也是業(yè)界微型機系統(tǒng)及產(chǎn)品普遍遵循的工業(yè)標準之一。PCI局部總線不僅滿足高、中、低檔臺式機的應(yīng)用需要，而且適應(yīng)于從移動計算到服務(wù)器整個領(lǐng)域的需要。PCI局部總線的主要特點是：
PCI局部總線是具有地址、數(shù)據(jù)多路復用的高性能32位或64位同步總線。因此，總線引腳數(shù)目少，對于總線目標設(shè)備只有47根信號線，對主設(shè)備最多只有49根信號線。
PCI局部總線的誕生是隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需要而出現(xiàn)的?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)，象Windows、OS/2，對圖形應(yīng)用是極為敏感，極為普遍的。傳統(tǒng)的PC I/O結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為制約處理器和視頻顯示設(shè)備間的瓶頸，其他高性能的外圍設(shè)備，如LAN、SCSI、多媒體等等，也都需要高性能和高帶寬。PCI局部總線在33MHz總線時鐘、32位數(shù)據(jù)通路時可達到峰值132MB/s的帶寬，在33MHz主頻、64位數(shù)據(jù)通路時，可達到峰值264MB/s的帶寬。在66MHz主頻時，對于32位數(shù)據(jù)通路和64位數(shù)據(jù)通路帶寬的峰值，可分別達到264MB/s或528MB/s。
PCI局部總線的設(shè)計是獨立于處理器的。雖然它是由Intel公司提出的，但卻并不僅局限于Intel系列的處理器，當今流行的其他處理器系列，如Alpha Axp系列、PowerPC系列、SPARC系列以及未來處理器結(jié)構(gòu)的下一代處理器都可以使用PCI局部總線。
PCI局部總線的全多主能力允許PCI總線的主設(shè)備能對等地訪問總線上的任何主設(shè)備或目標設(shè)備。PCI的配置空間規(guī)范能保證全系統(tǒng)的自動配置，這極大地增加了系統(tǒng)的易用性。PCI的向前和向后的兼容性又使得現(xiàn)存的各種產(chǎn)品能平滑地向新標準過渡，保護了用戶的利益。
2.工業(yè)計算機的基本要求
當今的工業(yè)計算機像臺式機PC機一樣，同樣需要高速度和高性能，尤其是對于在可視化圖形操作界面、復雜的控制算法以及苛刻的時限要求等場合使用的工業(yè)計算機更是如此。此外，在若干辦公環(huán)境下，對于工業(yè)計算機還要有普通辦公設(shè)備所不及的特殊要求，主要是：
． 堅固----工業(yè)計算機往往要工作在熱、冷、臟、差的環(huán)境，還要能承受一定的沖擊或振動，因此，對通風、散熱、堅固性的要求較高。
． 可靠----MTBF要高。它涉及到電氣部件、機械部件、連接器以及配套的外圍設(shè)備的可靠性。
． 模塊化----工業(yè)計算機除了要有普通臺式計算機一樣的通用配置外，望瓦工內(nèi)還有多種不同用途的I/O，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、PLC、視頻借口或其他各種各樣的專用I/O。并且，不同的應(yīng)用對象要求也各異，這就勢必要用模塊化解決。
． 標準化----成功的計算機設(shè)計大都不是一家能做好的，只有基于標準平臺和工業(yè)標準才能從多個售主獲得好產(chǎn)品。
． 前面板I/O----為了使用方便，工業(yè)計算機往往需要從前面連接I/O，前面板也兼有某些狀態(tài)指示、插卡拔取和鎖緊功能。
3.什么是CompactPCI
CompactPCI是compact peripheral component interconnect的英文縮寫，意思是“堅實的PCI”。簡單地說，CompactPCI是PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，它是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。
1993年以來，由于PCI總線在開放性、高性能、低成本、通用操作系統(tǒng)等方面的優(yōu)勢，使其得到迅速的普及和發(fā)展。這一沖擊波大大地激發(fā)了通信市場和工業(yè)領(lǐng)域的制造商及堅實、模塊化、更易用、生命周期更長的嵌入式計算機產(chǎn)品，滿足本領(lǐng)域的需要。
1994年，美國的一些工業(yè)計算機制造商建立了PCI工業(yè)計算機制造協(xié)會（PCI industrial computer manufacturers group），簡稱PICMG。作為一個非牟利的行業(yè)組織，PICMG主要致力于擴展PCI標準到工業(yè)系統(tǒng)；管理和維護相關(guān)的PCI規(guī)范；促進建立相關(guān)的PCI規(guī)范成為工業(yè)范圍的標準。PICMG的成員是自愿參加的，按繳納會費的多少分執(zhí)行成員、聯(lián)絡(luò)員、和會員三級。PICMG的長遠享有不同的權(quán)利，現(xiàn)有成員的總數(shù)在370個以上。1995年P(guān)ICMG出版了CompactPCI規(guī)范1.0，1997年又出版了CompactPCI規(guī)范2.0。這些規(guī)范是CompactPCI的核心規(guī)范，必須付費購買。
設(shè)計CompactPCI的出發(fā)點在于，迅速利用PCI的優(yōu)點，提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能的核心系統(tǒng)，而同時還能充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC104來擴充系統(tǒng)的I/O和其他功能。
因此，CompactPCI不是重新設(shè)計PCI規(guī)范，而是改造現(xiàn)行的PCI規(guī)范，使其成為無源底版總線式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，原PCI規(guī)范最多只能接納4塊附加的插卡，這對工業(yè)應(yīng)用往往是不夠的。CompactPCI的基本系統(tǒng)就設(shè)計成了8塊卡。CompactPCI依附于PCI平臺，在芯片、軟件和開發(fā)工具方面可以得到大批量生產(chǎn)制造的PC機資源，有利于自身成本的降低。
經(jīng)過VME總線產(chǎn)品的廣泛使用，證明歐式卡組裝技術(shù)是十分可靠和成熟的機械結(jié)構(gòu)技術(shù)，特別適合各種嵌入式應(yīng)用。其主要優(yōu)點是：
． 標準化組裝技術(shù)可從多個供貨商得到，有利于降低開發(fā)投資。
．板卡垂直于地平行插入機箱，利于通風冷卻。
．每個插卡都能用螺釘鎖緊，有利于抗沖擊和振動。
．插入式的電源模塊便于維修。
．容易安裝到標準機架和工廠的其他裝置中。
4.CompactPCI系統(tǒng)介紹（見PICMG發(fā)布的標準文檔）
5.CompactPCI系統(tǒng)的擴展
基本的CompactPCI系統(tǒng)只也許有8個插槽，一個槽插系統(tǒng)卡，7個槽插外圍適配器卡。PICMG的初衷是利用PCI貧農(nóng)柜臺迅速提供高性能工業(yè)機的核心系統(tǒng)，這對于使用超大規(guī)模集成電路的今天，8塊插卡的系統(tǒng)已經(jīng)是可觀的規(guī)模了，但是大多數(shù)嵌入式實時應(yīng)用系統(tǒng)還是要求有多余8個槽的擴展系統(tǒng)。對于插卡式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，總線底版上的插槽數(shù)取決于所使用的驅(qū)動器技術(shù)。VME總線使用高電流驅(qū)動能力，而CompactPCI使用CMOS（反射波）技術(shù)，只能支持8個槽。為了增加更多的插槽，可以使用PCI到PCI橋電路芯片擴展第2個PCI總線段，在第2個PCI總線段上還可以插入附加的適配器卡。具體實現(xiàn)方法可以多樣。例如，在第1個PCI總線段的6U卡上安裝橋電路芯片，利用附加連接器J4、J5把總線信號映射到規(guī)定的引腳上即可把總線信號擴展出去。PCI到PCI的橋電路芯片可以看成是“超級緩沖器”，盡管它的集成度很高，內(nèi)部功能也很復雜。用橋電路擴展PCI總線段的方法在制定規(guī)范時進行過全面仿真測試，結(jié)果表明這種擴展帶來的損失并不大，一般每次總線交易只增加一個時鐘周期（30～33ns）。使用橋電路擴展PCI總線段的方法允許創(chuàng)建很大的系統(tǒng)，實際使用時按需要決定。PCI到PCI橋電路芯片在市場上已有多家公司出售。
利用橋電路芯片也可將CompactPCI與別的總線組成混合系統(tǒng)。例如，在一塊6U的系統(tǒng)卡上，使用PCIVME的橋電路相片（Newbridge公司出售）將VME-64的信號映射到CompactPCI的J4、J5連接器上，就可以創(chuàng)建CompactPCI/VME的混合系統(tǒng)。Force公司已宣布了這種系統(tǒng)。
PCI的基本傳送方式是突發(fā)傳送，傳送速度很高。用CompactPCI存取普通低速I/O，如并行、A/D轉(zhuǎn)換器等并未有效利用系統(tǒng)的性能。假如完成一次8位或16位的寫周期，PCI可能要用100ns，但這仍比低速I/O的存取速度快很多。而若使用PCI到ISA的橋電路芯片就能實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，并且有效地解決了今天市場上廣為流行的普通I/O的繼續(xù)使用問題。
在工業(yè)實時應(yīng)用方面，通信系統(tǒng)中I/O模塊數(shù)量大，線纜多，如何方便有效地解決I/O模塊的擴展問題，PICMG的成員通過實踐急做出了回答。在最新規(guī)范中定義的總線底板上和適配器卡上的3個附加連接器（J3/P3，J4/P4，J5/P5）總的引腳數(shù)達到315個，通過這些引腳可以容易地I/O模塊的擴展。最新修改的IEEE1101.11機械規(guī)范草案發(fā)布時將會有詳細的規(guī)定。
擴展用戶I/O模塊的另一種最常用的方法就是所謂“樓中樓（mezzanine）”模塊。這種“樓中樓”模塊又叫子塊，現(xiàn)已發(fā)展了2個系列的子塊標準，一個是工業(yè)PACK，一個是PMC。工業(yè)PACK子塊的尺寸是45.7mm×99mm（1.8”×3.9”），它自身帶有2個連接器，一個是PCI總線接口，一個是50腳的用戶接口。子卡插在“載卡”上，“載卡”就是CompactPCI適配器卡，然后用尼龍螺釘固定住。3U的載卡上可安裝2塊子卡，6U的適配器上可安裝4塊子卡。PMC模塊是由VME制造商開發(fā)的，尺寸稍大些，6U卡上可安裝2塊。
另外，為了利用最新的技術(shù)成果，USB和IEEE1394也可作為CompactPCI的擴展手段。USB（通用串行總線）標準能提高12MB/s的總線帶寬，常用的鼠標、鍵盤、顯示器、揚聲器、掃描儀、游戲操縱桿、打印機等均可通過電纜連接到系統(tǒng)，并得到Windwos和NT的支持。若要達到能處理非壓縮活動視頻信息的要求，IEEE1394不失為一種好選擇，它能提供100～400MB/s的帶寬，滿足MPEG-2、視頻磁盤或SVGA高質(zhì)量視頻處理的要求。
6.結(jié)束語
CompactPCI是一種新的開放的工業(yè)計算機標準，它是PCI總線技術(shù)和成熟的歐式卡組裝技術(shù)的結(jié)合。采用CompactPCI既能即時吸取PC機最新硅技術(shù)的成果，又具有滿足通信和工業(yè)實時應(yīng)用所必要的堅固、可靠、模塊化、易使用、易維護的優(yōu)點。PICMG致力于CompactPCI標準的開發(fā)和發(fā)展，必將為未來的工業(yè)計算機應(yīng)用提供性能價格比更好的解決方案。
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