工控機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
PC技術(shù)推動(dòng)了工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展
工控機(jī)是嵌入在工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部，在工業(yè)極端環(huán)境里能夠連續(xù)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠工作的工業(yè)型計(jì)算機(jī)。隨著IntelCPU和MicrosoftDOS/WINDOWS架構(gòu)演變成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，ISA/PCI總線加固型工業(yè)PC（IPC）開(kāi)始向工業(yè)領(lǐng)域滲透。IPC雖然經(jīng)過(guò)了工業(yè)化改造（如取消了大母板，采用無(wú)源背板、插卡式模板，工業(yè)電源，全鋼密封機(jī)箱微正壓散熱，溫度自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整等），但其本質(zhì)上仍然不是工業(yè)型PC，不能從根本上解決大母板水平放置、抗震動(dòng)沖擊能力差、元器件失效率高、平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）長(zhǎng)、維護(hù)困難等問(wèn)題，難以滿足工業(yè)控制任務(wù)的苛刻要求。為了滿足市場(chǎng)對(duì)工業(yè)型計(jì)算機(jī)的要求，除了VME總線工控機(jī)外，產(chǎn)生了一系列基于PC的、與ISA/PCI總線標(biāo)準(zhǔn)兼容的嵌入式工控機(jī)，其中比較有代表性的是CompactPCI/PXI總線、AT96總線、STD總線和STD32總線工業(yè)控制機(jī)。
各種總線工控機(jī)向高性能、高可靠方向發(fā)展
STD總線工控機(jī)采用單片計(jì)算機(jī)（Computer-on-a-chip）技術(shù)，可以繼續(xù)提升“ALL-IN-ONE”CPU板的性能，而不受小板尺寸限制。在386檔次上，MCG、Systek、Winsystems和北京康拓等公司都推出了386EX“ALL-IN-ONE”CPU板。目前，STD總線工控機(jī)已經(jīng)升級(jí)到486DX，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用要求。1990年9月，STD32MG公布STD32規(guī)范1.0版。STD32具有32bit數(shù)據(jù)寬度，32bit尋址能力，是工業(yè)型的高端計(jì)算機(jī)。STD32總線兼容STD-80規(guī)范，產(chǎn)品可以互操作。STD32總線在保留簡(jiǎn)單控制總線特點(diǎn)的同時(shí)，采用了今天的先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)OEM產(chǎn)品，如80486和Pentium系列處理器技術(shù)。
VME(VersaModelEurocard)總線是由Motorola公司1981年推出的第一代32位工業(yè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)總線，其主要特點(diǎn)是其信號(hào)線模仿Motorola公司生產(chǎn)的68000系列單片機(jī)信號(hào)線，由于其應(yīng)用的廣泛性被IEEE收為標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1014-1987，其標(biāo)準(zhǔn)文件為VMEbusspecificationRevC.1。1995年，VME總線的新一代架構(gòu)VME64脫穎而出。相對(duì)于傳統(tǒng)的VME系統(tǒng)，VME64加大了傳輸帶寬，拓展了地址空間并方便了板卡插拔。它將6U板的數(shù)據(jù)線寬和地址范圍擴(kuò)展到了64bit，給3U板提供了32bit和40bit地址模塊，傳輸帶寬達(dá)到了80Mb/s，增加了總線鎖定周期，增加了第一插槽探測(cè)功能，加入了對(duì)熱插拔的支持。VME64擴(kuò)展集是1997通過(guò)的新標(biāo)準(zhǔn)，它又被稱為VME64x。它增加了一個(gè)160管腳連接器系列(按5行排列)，還在P1/J1和P2/J2之間加入了一個(gè)P0/J0連接器，另外新增設(shè)了一個(gè)3.3V電源管腳。該系統(tǒng)新增的兩個(gè)邊緣總線循環(huán)則把數(shù)據(jù)速率提高到160Mb/s。此外，還增加了EMC前置面板和ESD功能。VME320最大的改進(jìn)是采用了星型互連的方法來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸加速的目的。它采用了一種叫做2eSST的協(xié)議，這是一種信源同步傳輸協(xié)議，可將理論數(shù)據(jù)速率提高到320Mb/s。SBS公司推出的VXS標(biāo)準(zhǔn)和VITA(VME國(guó)際貿(mào)易協(xié)會(huì))開(kāi)發(fā)的VPX標(biāo)準(zhǔn)。VXS為引用交換結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件，而VPX則將開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)信號(hào)速率提升到了6.25Gb/s。與此同時(shí)，許多VME總線背板開(kāi)始使用PMC（PCIMezzanineCard）插槽，以便能直接使用PCI板卡。制造商們還吸取了PCI板卡的構(gòu)造因素，以使VME板卡跟上行業(yè)的步伐。
PCI-Express是最新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，它原來(lái)的名稱為“3GIO”，是由Intel提出的。很明顯英特爾的意思是它代表著下一代I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)證發(fā)布后改名為“PCI-Express”。這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)將全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP，最終實(shí)現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。它的主要優(yōu)勢(shì)就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前最高可達(dá)到10GB/s，而且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿ΑCIExpress也有多種規(guī)格，從PCIExpress1X到PCIExpress16X，能滿足現(xiàn)在和將來(lái)一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的低速設(shè)備和高速設(shè)備的需求。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)全面取代PCI和AGP也需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程，就像當(dāng)初PCI取代ISA一樣，都會(huì)有個(gè)過(guò)渡的過(guò)程。
CompactPCI/PXI總線有替代VME/VXI總線趨勢(shì)
VME/VXI總線繼續(xù)在軍事設(shè)備和大型測(cè)試系統(tǒng)方面占有一定的市場(chǎng)份額，但已經(jīng)受到CompactPCI/PXI產(chǎn)品的強(qiáng)有力沖擊。標(biāo)準(zhǔn)AT96總線工控機(jī)在軍事裝備和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到進(jìn)一步應(yīng)用。隨著CompactPCI總線冗余設(shè)計(jì)技術(shù)、熱插拔技術(shù)、自診斷技術(shù)的成熟，構(gòu)造高可用性系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，CompactPCI/PXI總線工控機(jī)技術(shù)將得到迅速普及和廣泛應(yīng)用，成為國(guó)內(nèi)繼STD總線工控機(jī)、IPC工控機(jī)之后最具普及前景的新一代高性能工控機(jī)。
