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CompactPCI 與 PICMG2.X技術(shù)開(kāi)發(fā)架構(gòu)之探討

凌華科技通訊暨計(jì)算機(jī)產(chǎn)品事業(yè)部 蔡耀騰 2004/07/30

　　何謂 CompactPCI
　　
　　工業(yè)計(jì)算機(jī)的種類有很多，有金手指接口的 PCI/ISA Card，有長(zhǎng)卡或短卡之分，一般用來(lái)做工廠機(jī)器的控制之用，例如 CNC 切割機(jī)，成品分類控制等;也有像縮小版的主機(jī)板，不帶金手指接口的，即所謂嵌入式 embedded card，有 3.5 與 5 又 1/4 英吋的卡，平常在便利商店可見(jiàn)的 POS (Point of Sales) 收款機(jī)或是 SOHO 族用的小型 Firewall 都可能是用 Embedded solution。 更小一塊像餅干的 PC/104，一般應(yīng)用在鉆油平臺(tái)或飛彈的導(dǎo)向系統(tǒng)等，另外還有 server 用的大型 motherboard 及 CompactPCI。
　　
　　什么是CompactPCI? 和一般的桌上型計(jì)算機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)有什么不同?平常在辦公室或家里看到的是所謂的桌上型計(jì)算機(jī) (Desktop computer)，里面是由主機(jī)板 motherboard 和插在 PCI 插槽的外圍卡所組成。如果看到辦公室計(jì)算機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)高高的架子上插著直立式的卡片，那就是直立式服務(wù)器 (Pedestal server)，如果是一盒一盒掛在架子上的，那大概就是機(jī)架式服務(wù)器 (Rack mount server)， 那么如果是像土司面包切片，每一片掛上把手，就是 CompactPCI 的刀鋒服務(wù)器 (blade server) 。


　　CompactPCI將處理器，內(nèi)存，硬盤機(jī)等服務(wù)器系統(tǒng)的硬件集成到單一的3U （100 x 160 mm） CompactPCI或6U (233.33 x 160 mm) CompactPCI的主板上， 彼此共享機(jī)箱，電源供應(yīng)器，鍵盤，顯示器及鼠標(biāo)等資源。 在一個(gè)符合3U或6U 的CompactPCI機(jī)箱（chassis）內(nèi)，可隨需求放入多達(dá)20臺(tái)（片）以上的服務(wù)器，因此產(chǎn)品的集中度（density）相當(dāng)?shù)母撸?jié)省空間。


　　CompactPCI 的特點(diǎn)
　　
　　CompactPCI 屬于開(kāi)放性的產(chǎn)品架構(gòu)（third party OS/CPU），占有市場(chǎng)的銷售比重逐漸提高，因此開(kāi)放型架構(gòu)提供的產(chǎn)品成為各系統(tǒng)集成商的發(fā)展方向。開(kāi)放性的架構(gòu)在軟件上有著一定的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)集成商可在 OS (Operating System) 操作系統(tǒng)方面有較多的選擇，現(xiàn)成的 Windows XP， Windows 2000， Windows NT， Linux Red Hat， Caldera， Yellow Dog 等垂手可得，如果需要客制化的 VxWorks 或 RISC 架構(gòu)底下的操作系統(tǒng)，廠商也可根據(jù)需求特別開(kāi)發(fā)。另外，系統(tǒng)卡與外圍卡彈性化的組態(tài)方式，更大大提高了其適用性 (Availability)。 CompactPCI 2mm pitch 矩陣式的接頭相對(duì)于金手指來(lái)說(shuō)，大幅度提高了與背板接合的穩(wěn)定度，板卡在機(jī)箱內(nèi)的通風(fēng)散熱方式也相對(duì)的增加了系統(tǒng)的可靠度(Reliability)。此外， CompactPCI 還有許多其它工業(yè)計(jì)算機(jī)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。如模塊化的設(shè)計(jì)，前板與后板把手的設(shè)計(jì)省卻了費(fèi)時(shí)的拆除維修時(shí)間，熱插拔 (Hotswap) 的支持等，讓維修保養(yǎng)（serviceability）更加方便。還有，高密度的 I/O 與板卡亦增加了其擴(kuò)充性（Scalability）。
　　
　　CompactPCI 相對(duì)于其它工業(yè)計(jì)算機(jī)，其高密度的整合可以降低成本，風(fēng)扇于機(jī)箱上的設(shè)計(jì)可以有效降低溫度并減少所需要的空間，還能改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定度和得到更低的總成本。密集的板卡設(shè)置，讓使用者可以很方便快速的加入或移除更多的系統(tǒng)或外圍卡。
　　
　　CompactPCI和PICMG 2.X 的關(guān)聯(lián)
　　
　　CompactPCI 板卡的開(kāi)發(fā)必須遵循 PICMG 2.X 的規(guī)范。下面列出常用的 PICMG 規(guī)范并對(duì)其中作者認(rèn)為重要的部份做出說(shuō)明。
　　

PICMG 2.0 提供基本的規(guī)范，定義產(chǎn)品的基本電器特性，機(jī)械方面的外觀大小， backplane 背板的設(shè)計(jì)，HotSwap 的基本規(guī)范，J1 32 Bit 與 J2 64 Bit 的電氣要求與 Pin Assignment， Keying， 時(shí)脈分布與接地需求等等。開(kāi)發(fā)者必需遵循這些基本規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。PICMG 2.1 特別針對(duì) Hotswap 熱插拔的功能做詳細(xì)的定義， 如 Physical Connection Process， Hardware Connection Process， 與 Software Connection Process， Enumeration， PCI Reset Signals 等做說(shuō)明。 PIC 2.1 對(duì) Basic Hotswap， Full Hotswap 及 High Availability 等做充分的說(shuō)明。
　　PICMG 2.9 為 System Management Bus 規(guī)范定義系統(tǒng)管理總線架構(gòu)在 CompactPCI 總線中所需注意的事項(xiàng)�？偩�中使用 Philips 公司的 I2C (I Square C) 硬件層，并且建構(gòu)在 IPMI 和 IPMB 規(guī)范上。何謂 IMPI? System Management Bus 又有何優(yōu)點(diǎn)呢?
　　
　　IPMI 是 Intelligence Platform Management Interface智能平臺(tái)管理接口。 IPMI 是中心終端通過(guò)LAN監(jiān)視遠(yuǎn)程服務(wù)器的接口。透過(guò)IPMI可以提供系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)視 (溫度、電壓和風(fēng)扇狀態(tài)等)，系統(tǒng)事件日志，并對(duì)嚴(yán)重事件自動(dòng)產(chǎn)生警告，還可以自動(dòng)控制系統(tǒng)斷電，重新開(kāi)機(jī)等功能。IPMI的核心結(jié)構(gòu)是 BMC (Base Management Controller) 基板管理控制器。 BMC內(nèi)建獨(dú)立的 Watchdog Timer，可用來(lái)檢測(cè)BIOS、OS、AP 或因軟件引起的系統(tǒng)故障。當(dāng) Watchdog Timer 發(fā)生超時(shí)，BMC可以自動(dòng)重啟系統(tǒng)，執(zhí)行供電或?qū)l(fā)生的情況透過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)給遠(yuǎn)程。
　　
　　PICMG 2.16 為 Packet Switching Backplane。 PICMG 2.16 重新定義 CompactPCI架構(gòu)的interconnect方式，從一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的并行總線方式，到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行總線互聯(lián)。規(guī)范也說(shuō)明如 Switching Fabric 的交換機(jī)制技術(shù)。 PICMG 2.16使用 Dual Redundant 的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，透過(guò) Ethernet 實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)(Node) 間的點(diǎn)到點(diǎn)互聯(lián)，解決因單點(diǎn)故障所產(chǎn)生的問(wèn)題，所以可以提供更快速的傳輸性能及高度的可靠性。交換機(jī)制的架構(gòu)更適合設(shè)計(jì)高可用性系統(tǒng)，所以 PICMG 2.16的設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于電信整合或下一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)品。
　　
　　3U 的 CompactPCI最廣泛的應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)方面。系統(tǒng)集成商(System Integrator) 可插入所需的系統(tǒng)卡以滿足運(yùn)算所需的效能，可加入外圍卡如 RS-232， RS-485， Digital I/O 卡或影像采集卡來(lái)做控制，車牌識(shí)別等應(yīng)用， 更可透過(guò)網(wǎng)絡(luò)的連結(jié)成為交通控制系統(tǒng)的中樞。 6U 的 CompactPCI 更廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)電話整合服務(wù)(CTI)應(yīng)用的硬件平臺(tái)，Media gateway，或是Location Based Service，Ring Back Tone等網(wǎng)絡(luò)電信的應(yīng)用。
　　
　　結(jié)語(yǔ)
　　
　　CompactPCI 定義了使用在工業(yè)與嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用的 PCI 強(qiáng)化版本。無(wú)論在電氣特性與軟件方面都與 PCI 的標(biāo)準(zhǔn)完全相同。機(jī)構(gòu)方面遵循 IEEE 1101.1 標(biāo)準(zhǔn)， 符合Eurocard 尺寸規(guī)范，不同的是， CompactPCI 有高密度 (2mm pitch) 的接頭利于板卡的穩(wěn)定性，以及快速抽取式的把手便于更換維修。CompactPCI 開(kāi)發(fā)者必須遵循 PICMG 規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)。例如，在機(jī)構(gòu)方面要注意接頭的屏蔽， 否則會(huì)影響 EMI，兼容性記號(hào) (Compatibility Glyph) 及防反插裝置 (Keying) 是否考慮進(jìn)去，PMC 卡的高度是否高過(guò) 10 mm等等。在電氣特性方面也需要特別注意是否考慮到 M66EN 在 33MHz 和 66MHz 系統(tǒng)里意義是不同的， 64 位的 PCI 引腳是否配置到 J2/P2， 系統(tǒng)卡的 GNT# output 是否在驅(qū)動(dòng)器上串聯(lián)上終端電阻，在設(shè)計(jì) PICMG 2.1 Hotswap 的ENUM# 訊號(hào)時(shí)， 開(kāi)發(fā)者必須熟讀 PICMG 規(guī)范，遵循相關(guān)規(guī)定才能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的產(chǎn)品。

凌華科技供稿 CTI論壇編輯


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