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CompactPCI 與 PICMG2.X技術(shù)開發(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，有長卡或短卡之分，一般用來做工廠機(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)房內(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�，�?jié)省空間。


　　CompactPCI 的特點(diǎn)
　　
　　CompactPCI 屬于開放性的產(chǎn)品架構(gòu)（third party OS/CPU），占有市場的銷售比重逐漸提高，因此開放型架構(gòu)提供的產(chǎn)品成為各系統(tǒng)集成商的發(fā)展方向。開放性的架構(gòu)在軟件上有著一定的優(yōu)勢，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 矩陣式的接頭相對于金手指來說，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)范并對其中作者認(rèn)為重要的部份做出說明。
　　

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。開發(fā)者必需遵循這些基本規(guī)范來設(shè)計(jì)產(chǎn)品。PICMG 2.1 特別針對 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 等做說明。 PIC 2.1 對 Basic Hotswap， Full Hotswap 及 High Availability 等做充分的說明。
　　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LAN監(jiān)視遠(yuǎn)程服務(wù)器的接口。透過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，可用來檢測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)對多點(diǎn)的并行總線方式，到點(diǎn)對點(diǎn)的串行總線互聯(lián)。規(guī)范也說明如 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 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 卡或影像采集卡來做控制，車牌識(shí)別等應(yīng)用， 更可透過網(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
　　
　　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 開發(fā)者必須遵循 PICMG 規(guī)范來設(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 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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