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 研华工控机基础教程(连载二)——工控机的架构分析 发表人:小杨 

研华工控机基础教程(连载二)——工控机的架构分析

上期我们讨论了工控机在体积方面的设计,由于使用方式的不同,大致可以分为上架式和壁挂式两大类。这期我们会来讨论一下工控机内部机构设计的理念。
  早期的工控机就是一个质量更好的PC。但是随着时间的推移,工控机架构有了本质上的变化,根据用户使用环境的变化,演变成了现在流行的底板加插卡的架构。这种架构主要有如下的优点:
  维护时间减少:
  随着工控机被大量用于工业现场,基于母板的系统是不灵活的,为了修复或更新系统需要更换整个母板。更换母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和电缆都拔掉。这就导致修复或更新时系统停机时间增加,这在工控现场是不可接受的。
  因此工程师们想到另外一个方法,取消母板架构,而把核心的CPU处理单元做在一张插卡上,其它的扩展界面则做在底板上,底板是由一些连接器和无源器件组成的。这种结构使得系统更新和修复简单而且停机时间最少。这种设计理念影响了整个工控机的发展。现在我们ECG事业群的PC104总线技术的嵌入式小板也和这种理念有异曲同工之妙。
  研华第一款BP架构的产品出现在1991年,早期由于没有PCI总线,该款产品是基于ISA总线的。后来PCI总线技术成为PC技术的主流时,1994年,PICMG组织及时在无源底板结构中导入了PCI技术,制定了基于ISA/PCI技术的PICMG1.0标准。


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            PICMG1.0标准

  极佳的扩展性
  PICMG1.0标准除了上文所阐述的系统更新和修复时间短的主要优点外,还存在另外一个主要优点:具有极佳的扩展性。
  工业现场使用工控机做控制核心,会接上多种扩展卡,扩展卡以早期的ISA卡、主流PCI卡为主,比如我们研华IAG部门的多种采集卡和测量卡。而视用户需求,所使用的ISA、PCI槽也不同。举例来说,某些传统的数控机床厂家,为保障其早期在ISA技术上的投资,会采用传统的ISA控制卡为主。而一些从事视频监控的厂家,由于ISA带宽根本无法满足苛刻的视频带宽需要,必然要采用PCI视频捕捉卡,但是也许会同时选择几个ISA界面的IO卡配合摄像头云台使用。因此用户对ISA和PCI插槽的需求多种多样。
  传统的商用母板上PCI、ISA数量固定,早期主板由于面积所显,一般仅提供3个PCI,3个ISA槽,后来ISA在民用市场面临淘汰,因此诸多商用主板厂商基于成本考量,取消ISA槽,或仅提供一个ISA槽。因此对于工控用户的多样性,商规主板提供的槽数难免捉襟见肘。PICMG1.0无源底板标准最高可提供20槽,所提供的ISA、PCI数量也可根据用户需求随意调整。

  优秀的散热特性
  此外采用PICMG1.0架构也有助于整体系统的散热,系统的风流图如下:


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          4U上架机箱的散热设计


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          商用PC的散热风道设计


  当然,底板加插卡的物理架构还有一些缺陷,例如,金手指处容易氧化,槽部位容易在振动的情况下松动,因此不太适应那些具有腐蚀性和振动性的环境下。对于这些情况,业界推出了基于PICMG2.0规范的CompactPCI技术,但由于价格、开发难度等因素,CompactPCI在一段时期内较难进入主流市场。因此研华针对这种情况推出的工业母板系列作为补充(后文会来探讨工业母板的市场)。

  这篇文章我们主要讨论了无源底板加插板架构(BP)的优势。主要是在维护难度时间、扩展性、散热性等三个方面。下期我们将会继续讨论研华工控机箱在散热方面的改进。

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发表时间: 2007/6/19 12:02:17 浏览次数:2615 
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