CompactPCI這種開放的工業計算機標準是由PICMG制定出來的。它是當今第一個采用無源總線底版結構的PCI系統。 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局部總線工業標準的建立和發展。1992年,PCI SIG發布PCI局部總線規范1.0。經過修改后,1993年發布了PCI局部總線規范2.0,1995年又發布了修改版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,它規定了互連機構的協議、電氣、機械以及配置空間規范。在電氣方面還專門定義了5V和3.3V的信號環境。特別是PCI局部總線規范的2.1版定義了64位總線擴展和66MHz總線時鐘的技術規范。 PCI局部總線規范是當今微型機行業事實上的標準,也是業界微型機系統及產品普遍遵循的工業標準之一。PCI局部總線不僅滿足高、中、低檔臺式機的應用需要,而且適應于從移動計算到服務器整個領域的需要。PCI局部總線的主要特點是： PCI局部總線是具有地址、數據多路復用的高性能32位或64位同步總線。因此,總線引腳數目少,對于總線目標設備只有47根信號線,對主設備最多只有49根信號線。 PCI局部總線的誕生是隨著技術的發展和應用的需要而出現的。現代操作系統,象Windows、OS/2,對圖形應用是極為敏感,極為普遍的。傳統的PC I/O結構已經成為制約處理器和視頻顯示設備間的瓶頸,其他高性能的外圍設備,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位數據通路時可達到峰值132MB/s的帶寬,在33MHz主頻、64位數據通路時,可達到峰值264MB/s的帶寬。在66MHz主頻時,對于32位數據通路和64位數據通路帶寬的峰值,可分別達到264MB/s或528MB/s。 PCI局部總線的設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構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總線的主設備能對等地訪問總線上的任何主設備或目標設備。PCI的配置空間規范能保證全系統的自動配置,這極大地增加了系統的易用性。PCI的向前和向后的兼容性又使得現存的各種產品能平滑地向新標準過渡,保護了用戶的利益。 2.工業計算機的基本要求 當今的工業計算機像臺式機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計算機更是如此。此外,在若干辦公環境下,對于工業計算機還要有普通辦公設備所不及的特殊要求,主要是： · 堅固————工業計算機往往要工作在熱、冷、臟、差的環境,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備的可靠性。 · 模塊化————工業計算機除了要有普通臺式計算機一樣的通用配置外,望瓦工內還有多種不同用途的I/O,如模擬/數字轉換器、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————成功的計算機設計大都不是一家能做好的,只有基于標準平臺和工業標準才能從多個售主獲得好產品。 · 前面板I/O————為了使用方便,工業計算機往往需要從前面連接I/O,前面板也兼有某些狀態指示、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組裝標準,它是當今最新的一種工業計算機標準。 1993年以來,由于PCI總線在開放性、高性能、低成本、通用操作系統等方面的優勢,使其得到迅速的普及和發展。這一沖擊波大大地激發了通信市場和工業領域的制造商及堅實、模塊化、更易用、生命周期更長的嵌入式計算機產品,滿足本領域的需要。 1994年,美國的一些工業計算機制造商建立了PCI工業計算機制造協會（PCI industrial computer manufacturers group）,簡稱PICMG。作為一個非牟利的行業組織,PICMG主要致力于擴展PCI標準到工業系統;管理和維護相關的PCI規范;促進建立相關的PCI規范成為工業范圍的標準。PICMG的成員是自愿參加的,按繳納會費的多少分執行成員、聯絡員、和會員三級。PICMG的長遠享有不同的權利,現有成員的總數在370個以上。1995年PICMG出版了CompactPCI規范1.0,1997年又出版了CompactPCI規范2.0。這些規范是CompactPCI的核心規范,必須付費購買。 設計CompactPCI的出發點在于,迅速利用PCI的優點,提供滿足工業環境應用要求的高性能的核心系統,而同時還能充分利用傳統的總線產品,如ISA、STD、VME或PC104來擴充系統的I/O和其他功能。 因此,CompactPCI不是重新設計PCI規范,而是改造現行的PCI規范,使其成為無源底版總線式的系統結構。例如,原PCI規范最多只能接納4塊附加的插卡,這對工業應用往往是不夠的。CompactPCI的基本系統就設計成了8塊卡。CompactPCI依附于PCI平臺,在芯片、軟件和開發工具方面可以得到大批量生產制造的PC機資源,有利于自身成本的降低。 經過VME總線產品的廣泛使用,證明歐式卡組裝技術是十分可靠和成熟的機械結構技術,特別適合各種嵌入式應用。其主要優點是： · 標準化組裝技術可從多個供貨商得到,有利于降低開發投資。 ·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系統介紹（見PICMG發布的標準文檔） 5.CompactPCI系統的擴展 基本的CompactPCI系統只也許有8個插槽,一個槽插系統卡,7個槽插外圍適配器卡。PICMG的初衷是利用PCI貧農柜臺迅速提供高性能工業機的核心系統,這對于使用超大規模集成電路的今天,8塊插卡的系統已經是可觀的規模了,但是大多數嵌入式實時應用系統還是要求有多余8個槽的擴展系統。對于插卡式結構的系統,總線底版上的插槽數取決于所使用的驅動器技術。VME總線使用高電流驅動能力,而CompactPCI使用CMOS（反射波）技術,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,內部功能也很復雜。用橋電路擴展PCI總線段的方法在制定規范時進行過全面仿真測試,結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建很大的系統,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。例如,在一塊6U的系統卡上,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,就可以創建CompactPCI/VME的混合系統。Force公司已宣布了這種系統。PCI的基本傳送方式是突發傳送,傳送速度很高。用CompactPCI存取普通低速I/O,如并行、A/D轉換器等并未有效利用系統的性能。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這種轉換,并且有效地解決了今天市場上廣為流行的普通I/O的繼續使用問題。 在工業實時應用方面,通信系統中I/O模塊數量大,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機械規范草案發布時將會有詳細的規定。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,現已發展了2個系列的子塊標準,一個是工業PACK,一個是PMC。工業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,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高質量視頻處理的要求。 6.結束語 CompactPCI是一種新的開放的工業計算機標準,它是PCI總線技術和成熟的歐式卡組裝技術的結合。采用CompactPCI既能即時吸取PC機最新硅技術的成果,又具有滿足通信和工業實時應用所必要的堅固、可靠、模塊化、易使用、易維護的優點。PICMG致力于CompactPCI標準的開發和發展,必將為未來的工業計算機應用提供性能價格比更好的解決方案。