研華工控機(jī)基礎(chǔ)教程（連載二）——工控機(jī)的架構(gòu)分析
研華（中國）公司
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上期我們討論了工控機(jī)在體積方面的設(shè)計，由于使用方式的不同，大致可以分為上架式和壁掛式兩大類。這期我們會來討論一下工控機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)設(shè)計的理念。<BR> 早期的工控機(jī)就是一個質(zhì)量更好的PC。但是隨著時間的推移，工控機(jī)架構(gòu)有了本質(zhì)上的變化，根據(jù)用戶使用環(huán)境的變化，演變成了現(xiàn)在流行的底板加插卡的架構(gòu)。這種架構(gòu)主要有如下的優(yōu)點(diǎn)：<BR> <b>維護(hù)時間減少：</b> <BR> 隨著工控機(jī)被大量用于工業(yè)現(xiàn)場，基于母板的系統(tǒng)是不靈活的，為了修復(fù)或更新系統(tǒng)需要更換整個母板。更換母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和電纜都拔掉。這就導(dǎo)致修復(fù)或更新時系統(tǒng)停機(jī)時間增加，這在工控現(xiàn)場是不可接受的。<BR> 因此工程師們想到另外一個方法，取消母板架構(gòu)，而把核心的CPU處理單元做在一張插卡上，其它的擴(kuò)展界面則做在底板上，底板是由一些連接器和無源器件組成的。這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復(fù)簡單而且停機(jī)時間最少。這種設(shè)計理念影響了整個工控機(jī)的發(fā)展。現(xiàn)在我們ECG事業(yè)群的PC104總線技術(shù)的嵌入式小板也和這種理念有異曲同工之妙。<BR> 研華第一款BP架構(gòu)的產(chǎn)品出現(xiàn)在1991年，早期由于沒有PCI總線，該款產(chǎn)品是基于ISA總線的。后來PCI總線技術(shù)成為PC技術(shù)的主流時，1994年，PICMG組織及時在無源底板結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入了PCI技術(shù)，制定了基于ISA/PCI技術(shù)的PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200662316511718912.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200662316511718912.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)</P><P> <b>極佳的擴(kuò)展性</b><BR> <font color=#FF0000>PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)除了上文所闡述的系統(tǒng)更新和修復(fù)時間短的主要優(yōu)點(diǎn)外</font>，還存在另外一個主要優(yōu)點(diǎn)：<font color=#FF0000>具有極佳的擴(kuò)展性</font>。<BR> 工業(yè)現(xiàn)場使用工控機(jī)做控制核心，會接上多種擴(kuò)展卡，擴(kuò)展卡以早期的ISA卡、主流PCI卡為主，比如我們研華IAG部門的多種采集卡和測量卡。而視用戶需求，所使用的ISA、PCI槽也不同。舉例來說，某些傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床廠家，為保障其早期在ISA技術(shù)上的投資，會采用傳統(tǒng)的ISA控制卡為主。而一些從事視頻監(jiān)控的廠家，由于ISA帶寬根本無法滿足苛刻的視頻帶寬需要，必然要采用PCI視頻捕捉卡，但是也許會同時選擇幾個ISA界面的IO卡配合攝像頭云臺使用。因此用戶對ISA和PCI插槽的需求多種多樣。<BR> 傳統(tǒng)的商用母板上PCI、ISA數(shù)量固定，早期主板由于面積所顯，一般僅提供3個PCI，3個ISA槽，后來ISA在民用市場面臨淘汰，因此諸多商用主板廠商基于成本考量，取消ISA槽，或僅提供一個ISA槽。因此對于工控用戶的多樣性，商規(guī)主板提供的槽數(shù)難免捉襟見肘。PICMG1.0無源底板標(biāo)準(zhǔn)最高可提供20槽，所提供的ISA、PCI數(shù)量也可根據(jù)用戶需求隨意調(diào)整。</P><P> <b>優(yōu)秀的散熱特性</b><BR> 此外采用PICMG1.0架構(gòu)也有助于整體系統(tǒng)的散熱，系統(tǒng)的風(fēng)流圖如下： </P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20066231656014744.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20066231656014744.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 4U上架機(jī)箱的散熱設(shè)計</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200662316572795186.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200662316572795186.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 商用PC的散熱風(fēng)道設(shè)計</P><P> <BR> 當(dāng)然，底板加插卡的物理架構(gòu)還有一些缺陷，例如，金手指處容易氧化，槽部位容易在振動的情況下松動，因此不太適應(yīng)那些具有腐蝕性和振動性的環(huán)境下。對于這些情況，業(yè)界推出了基于PICMG2.0規(guī)范的CompactPCI技術(shù)，但由于價格、開發(fā)難度等因素，CompactPCI在一段時期內(nèi)較難進(jìn)入主流市場。因此研華針對這種情況推出的工業(yè)母板系列作為補(bǔ)充（后文會來探討工業(yè)母板的市場）。</P><P> 這篇文章我們主要討論了無源底板加插板架構(gòu)（BP）的優(yōu)勢。主要是在維護(hù)難度時間、擴(kuò)展性、散熱性等三個方面。下期我們將會繼續(xù)討論研華工控機(jī)箱在散熱方面的改進(jìn)。<BR>
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