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總線工控機技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用

2002 年3月13日，中國計算機行業(yè)學會PICMG/P.R.C.在信息產(chǎn)業(yè)部電子六所召開了2002年首次年會。從事CompactPCI（以下簡稱 CPCI）總線工控機研究與設(shè)計工作的24位專家、學者和委員參加了會議。會上，專家們對CPCI總線工控機的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景展開了熱烈的研討，一致認為 CPCI總線工控機技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟，開始進入廣泛應(yīng)用階段。學會專家們還對國內(nèi)自主研制的國產(chǎn)化CPCI總線工控機取得的成熟給予了充分肯定，制定了“十五”期間國內(nèi)CPCI工控機的發(fā)展戰(zhàn)略，并協(xié)議了個各委員單位的工作，為CPCI總線工控機在2002年的進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

CPCI 總線工控機之所以被業(yè)務(wù)所青睞，是因為其既具有PCI總線的高性能又具有歐洲卡結(jié)構(gòu)的高可靠性，是符合國際標準的真正工業(yè)型計算機，適合在可靠性要求較高的工業(yè)、和軍事設(shè)備上應(yīng)用。CPCI總線工控機定義了兩種板卡尺寸，3U（100mm×160mm）和6U（233mm×160mm），主要具有以下特點：

·標準歐洲卡尺寸，符合IEEE1101.1結(jié)構(gòu)標準；

·氣密性、高密度2mm針-孔連接器，符合IEC-1076國際標準；

·板卡垂直地面安裝，利于散熱降溫；

·板卡正向安裝，反向拔出，四面固定；

·良好的抗振動和沖擊特性；

·金屬前面板，便于安裝、固定和指示；

·現(xiàn)場I/O信號由板后通過針-孔連接器引出，彈性連接，抗腐蝕、抗振動性能好；

·標準金屬機箱（鋁），EMC、ESD性能好，抗干擾能力強；

·支持熱插拔和熱切換（HotSawp）；

·多處理器和多操作系統(tǒng)支持；

·無源母板，標準插槽，可擴展性和伸縮性能好；

·支持混合總線系統(tǒng)。

CPCI總線是一個開放式、國際性技術(shù)標準，由PCI總線工業(yè)計算機制造商紡織PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturesr Group）負責制定和支持。PICMG現(xiàn)有成員企業(yè)650個，其中主要包括PICMG China、Lucent Technologies、Motorola Computer Group、National Instruments、PEP Modular Computers GmbH、Performance Technologies、Radisys Corpration、Siemens AG、Microsoft Corporation、Force Computers、DY4 Systems、Hewlett-pack-ard、IBM、International Test Technologies、SBS Embedded Computers、Ziatech、Compaq Computer Corporation等。國際上研制工控機及其相關(guān)設(shè)備的著名企業(yè)或公司幾乎都是PICMG的成員單位，具有廣泛的代表性。

1、 CPCI總線工控機與VME總線工控機的共存

幾年前，業(yè)界普遍認為，隨著CPCI總線工控機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，勢必影響或危及傳統(tǒng)VME總線工控機的生存。因此有人斷言，VME總線工控機即將消亡。經(jīng)過幾年的發(fā)展。VME總線工控機經(jīng)過不斷地改革，也在尋求發(fā)展，在一定時期內(nèi)，CPCI總線工控機和VME總線工控機還要共存，共同發(fā)展。但是被業(yè)界廣泛接受的新技術(shù)終究要代替舊的傳統(tǒng)技術(shù)，至于什么時候代替，只是個時間問題�，F(xiàn)將CPCI總線與VME總線技術(shù)作個簡單的比較。

從時間上來看，VME總線工控機誕生于1981年。20年來，在高性能的實時應(yīng)用領(lǐng)域一直處于主導地位。然而，昔日先進的總線架構(gòu)，今天已經(jīng)發(fā)展到盡頭，失去了發(fā)展的空間。為了生存，從VME32，改進到VME64、VME64x，直到VME320，但市場接受狀況并不理想。

對比之下，問世于1995年11月的CPCI總線工控機，源于現(xiàn)在和將來十幾年內(nèi)流行于桌面機的Wintel架構(gòu)和PCI總線標準，是未來工控機發(fā)展的主流總線，是現(xiàn)代先進技術(shù)的代表之一。

從CPU 核心技術(shù)來看，VME總線工控機基于的是68K系列處理器，從68000到發(fā)68060，68060已經(jīng)是68K發(fā)展的生命終點。Motorola從 68K轉(zhuǎn)向了PowerPC，但PowerPC難遂人愿。所以Motorola公司及時調(diào)整了技術(shù)路線，兼并了美國Pro-log公司，成立了 Motorola Computer Group，致力于高可用性（High Availability）CPCI總線工控機的研制。

從軟件來看，VME總線工控機因為沒有統(tǒng)一的軟件標準，所以其軟件研制環(huán)境是特定的，并依賴于硬件。軟件研制一直是VME總線工控機的最大弊端，為此客戶須付出高昂的費用和漫長的研制周期。由于CPCI總線是與PCI總線兼容的開放式架構(gòu)，可以利于PC技術(shù)的軟件資源，產(chǎn)品研制周期短、成本低。

從總線速度上看，32位33MHz的CPCI總線最大傳輸速度為每秒132兆字節(jié)，64位33MHz的為每秒264兆字節(jié)，64位66MHz時的峰值速度可達每秒528兆字節(jié)；而32位的VME總線最大理論帶寬為40兆字節(jié)，實際僅能達到每秒15兆字節(jié)左右的傳輸速度。

CPCI總線工控機可以自動識別板卡，并自動配置系統(tǒng)資源，很容易實現(xiàn)即插即用；而VME總線工控機目前還做不到。

CPCI和VME一樣，都有豐富的I/O子板，如PMC和IndustryPack，借助于載板，很容易插入到系統(tǒng)中使用。

VXI總線（VME extension for Instrumentation）是基于VME的儀器儀表擴展總線；PXI總線（PCI extension for Instrumentation）是基于CPCI的儀器儀表擴展總線。

CPCI/PXI總線是開放式架構(gòu)，VME/VXI是封閉式架構(gòu)。封閉式架構(gòu)已經(jīng)逐漸不再被市場所接受，這是業(yè)界的共識。從“封閉”走向“開放”也是歷史的必然。

2、 CPCI總線工控機主要產(chǎn)品現(xiàn)狀

國際上許多VME總線工控機大型制造商，如Motorola和Force Computers，皆斥巨資研制CPCI總線工控機。Motorola兼并STD總線工控機的主機制造商Prolog，成立了摩托羅拉計算機事業(yè)部（Motorola Computer Group），主要從事高可用性（High Availability）CPCI工控機的研制，同時繼續(xù)支持VME和STD總線工控機。MCG最新推出的基于PIII處理器的CPCI總線單板計算機為CPN5360和CPN5365，主要面向IP電話和電信；而向工業(yè)、軍事和航天設(shè)備的CPCI總線工控機平臺為CPN5360，PII- 266/333MHz。英特爾（Intel）公司兼并了原最大的STD32總線工控機制造商Ziatech和VME總線工控機制造商Dialogic，主要從事CPCI總線工控機的研制和應(yīng)用。Ziatech于2001年5月18日推出了基于PIII-500MHz的ZT5531和PIII-850MHz 的ZT5521 CPCI總線工控機，主要針對電信和互聯(lián)網(wǎng)市場。Force Computers于2001年4月30日發(fā)布的CPCI總線工控機CPCI735/736，CPU為PIII-700MHz。Radisys也于 2001年5月21日推出了基于Intel 815E芯片組的CPCI工控機EPC-3325，支持PIII-600/866MHz。德國控創(chuàng)集團（Kontron Embedded Computers）在2002年初成立了北京辦事處，將其高性能的基于Intel Pentium III Processor-M的CPCI產(chǎn)品引入了中國市場。日本的CPCI總線工控機技術(shù)相對落后，ADTEK公司CPCI產(chǎn)品僅做到Pentium 75-233MHz。英國的CPCI總線工控機技術(shù)也有迅速發(fā)展，其中BVM公司的CPCI產(chǎn)品主要采用AMD K6系列、奔騰系列和Cyrix MII系列處理器，速度達到500MHz。總之，經(jīng)過短短的五、六年，CPCI總線工控機的制造商已經(jīng)發(fā)展到了數(shù)百家，產(chǎn)品形成了系列化，市場發(fā)展迅速。 Motorola和Force Computers都通過代理打入了國內(nèi)市場，發(fā)展勢頭看好。

臺灣的CPCI總線工控機技術(shù)相對比較先進，有代表性是研華、凌華、大眾、磐儀、立端等公司，產(chǎn)品已經(jīng)開始投入大陸市場。但需要在產(chǎn)品的系統(tǒng)性和配套性、價格及服務(wù)等因素上進一步改進，估計近幾年會得到迅速發(fā)展。北京康拓公司是大陸第一家自動研制和生產(chǎn)CPCI總線工控機的廠家，并有自己的創(chuàng)新點，在標準 CPCI總線系統(tǒng)中，無縫嵌入了AT96（IEEE996）總線，在保證系統(tǒng)高性能、高可靠的同時，顯著降低了成本和開發(fā)難度，更有利于推廣和應(yīng)用。產(chǎn)品 CPU板從80186-16MHz、80386-80MHz、5x86-133MHz到PIII-600MHz、乃至超低功耗的片上系統(tǒng)（system- on-chip）--Crusoe TM5400-600MHz，已經(jīng)形成系列。配套I/O模板種類齊全，組態(tài)軟件，金屬機箱，1+1冗余模塊化業(yè)電源，提供了一步到位（One-Stop）的解決方案。國內(nèi)主要從事CPCI總線工控機技術(shù)研究的單位還有華為、716所、707所和32所等，相信今年會有新產(chǎn)品不斷推向市場。

3、 CPCI總線工控機的應(yīng)用

1998年，美國Marconi公司采用開放式架CPCI工控機為美國空軍F16 Fighting Falcon戰(zhàn)斗機研制了第三代測試設(shè)備IAIS（Improved Avionics Intermediate Shop）。1990年的第二代IAIS采用的是VXI。

Alta Techology采用CPCI/VME混合系統(tǒng)，為部署在美國西南部的導彈測試基地研制測控設(shè)備。設(shè)備采集從各種電子對抗設(shè)施（ECM）傳來的數(shù)據(jù)，處理后，確定目標（如雷達）。

美國海軍正在將用于部署在China Lake和Pt.Magoo的QF4戰(zhàn)斗機上的VME總線工控機升級為CPCI總線工控機系統(tǒng)，以增強電子對抗能力。

ExCalibur Systems Inc.將CPCI工控機系統(tǒng)用在于軍事運輸機C-17上。

在歐美，CPCI工控機取代VME工控機，逐漸應(yīng)用在空防、海防和陸地軍事武器和航天地面測控設(shè)備上，如SBS Technologies的CR6 CPCI工控機系統(tǒng)等。