摘要：計(jì)算機(jī)及其芯片技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用,推動(dòng)PCI總線規(guī)范成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)總線,也使CompactPCI總線成為未來工控機(jī)的主流總線。CompactPCI總線工控機(jī)和其它總線工控機(jī)將并存一定的時(shí)間占領(lǐng)各自的市場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：PICMG PCI總線 CompactPCI總線 VME總線 PXI總線

2002年3月13日,中國(guó)計(jì)算機(jī)行業(yè)學(xué)會(huì)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(huì)。從事CompactPCI（以下簡(jiǎn)稱CPCI）總線工控機(jī)研究與設(shè)計(jì)工作的24位專家、學(xué)者和委員參加了會(huì)議。會(huì)上,專家們對(duì)CPCI總線工控機(jī)的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景展開了熱烈的研討,一致認(rèn)為CPCI總線工控機(jī)技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟,開始進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段。學(xué)會(huì)專家們還對(duì)國(guó)內(nèi)自主研制的國(guó)產(chǎn)化CPCI總線工控機(jī)取得的成熟給予了充分肯定,制定了“十五”期間國(guó)內(nèi)CPCI工控機(jī)的發(fā)展戰(zhàn)略,并協(xié)議了個(gè)各委員單位的工作,為CPCI總線工控機(jī)在2002年的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

CPCI總線工控機(jī)之所以被業(yè)務(wù)所青睞,是因?yàn)槠浼染哂蠵CI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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的真正工業(yè)型計(jì)算機(jī),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(jī)定義了兩種板卡尺寸,3U（100mm×160mm）和6U（233mm×160mm）,主要具有以下特點(diǎn)：

• 標(biāo)準(zhǔn)歐洲卡尺寸,符合IEEE1101.1結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn);
• 氣密性、高密度2mm針-孔連接器,符合IEC-1076國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);
• 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(dòng)和沖擊特性;
• 金屬前面板,便于安裝、固定和指示;
• 現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)由板后通過針-孔連接器引出,彈性連接,抗腐蝕、抗振動(dòng)性能好;
• 標(biāo)準(zhǔn)金屬機(jī)箱（鋁）,EMC、ESD性能好,抗干擾能力強(qiáng);
• 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(biāo)準(zhǔn)插槽,可擴(kuò)展性和伸縮性能好;
• 支持混合總線系統(tǒng)。

CPCI總線是一個(gè)開放式、國(guó)際性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),由PCI總線工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商紡織PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturesr Group）負(fù)責(zé)制定和支持。PICMG現(xiàn)有成員企業(yè)650個(gè),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(guó)際上研制工控機(jī)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。

CPCI總線工控機(jī)與VME總線工控機(jī)的共存

幾年前,業(yè)界普遍認(rèn)為,隨著CPCI總線工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,勢(shì)必影響或危及傳統(tǒng)VME總線工控機(jī)的生存。因此有人斷言,VME總線工控機(jī)即將消亡。經(jīng)過幾年的發(fā)展。VME總線工控機(jī)經(jīng)過不斷地改革,也在尋求發(fā)展,在一定時(shí)期內(nèi),CPCI總線工控機(jī)和VME總線工控機(jī)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(shí)候代替,只是個(gè)時(shí)間問題。現(xiàn)將CPCI總線與VME總線技術(shù)作個(gè)簡(jiǎn)單的比較。

從時(shí)間上來看,VME總線工控機(jī)誕生于1981年。20年來,在高性能的實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域一直處于主導(dǎo)地位。然而,昔日先進(jìn)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(jìn)到VME64、VME64x,直到VME320,但市場(chǎng)接受狀況并不理想。

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

從CPU核心技術(shù)來看,VME總線工控機(jī)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(diǎn)。Motorola從68K轉(zhuǎn)向了PowerPC,但PowerPC難遂人愿。所以Motorola公司及時(shí)調(diào)整了技術(shù)路線,兼并了美國(guó)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(jī)的研制。

從軟件來看,VME總線工控機(jī)因?yàn)闆]有統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn),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(jī)的較大弊端,為此客戶須付出高昂的費(fèi)用和漫長(zhǎng)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總線較大傳輸速度為每秒132兆字節(jié),64位33MHz的為每秒264兆字節(jié),64位66MHz時(shí)的峰值速度可達(dá)每秒528兆字節(jié);而32位的VME總線較大理論帶寬為40兆字節(jié),實(shí)際僅能達(dá)到每秒15兆字節(jié)左右的傳輸速度。

CPCI總線工控機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別板卡,并自動(dòng)配置系統(tǒng)資源,很容易實(shí)現(xiàn)即插即用;而VME總線工控機(jī)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(kuò)展總線;PXI總線（PCI extension for Instrumentation）是基于CPCI的儀器儀表擴(kuò)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(chǎng)所接受,這是業(yè)界的共識(shí)。從“封閉”走向“開放”也是歷史的必然。

CPCI總線工控機(jī)主要產(chǎn)品現(xiàn)狀

國(guó)際上許多VME總線工控機(jī)大型制造商,如Motorola和Force Computers,皆斥巨資研制CPCI總線工控機(jī)。Motorola兼并STD總線工控機(jī)的主機(jī)制造商Prolog,成立了摩托羅拉計(jì)算機(jī)事業(yè)部（Motorola Computer Group）,主要從事高可用性（High Availability）CPCI工控機(jī)的研制,同時(shí)繼續(xù)支持VME和STD總線工控機(jī)。MCG較新推出的基于PIII處理器的CPCI總線單板計(jì)算機(jī)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(jī)平臺(tái)為CPN5360,PII-266/333MHz。英特爾（Intel）公司兼并了原較大的STD32總線工控機(jī)制造商Ziatech和VME總線工控機(jī)制造商Dialogic,主要從事CPCI總線工控機(jī)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(jī),主要針對(duì)電信和互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。Force Computers于2001年4月30日發(fā)布的CPCI總線工控機(jī)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(jī)EPC-3325,支持PIII-600/866MHz。德國(guó)控創(chuàng)集團(tuán)（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(guó)市場(chǎng)。日本的CPCI總線工控機(jī)技術(shù)相對(duì)落后,ADTEK公司CPCI產(chǎn)品僅做到Pentium 75-233MHz。英國(guó)的CPCI總線工控機(jī)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(dá)到500MHz。總之,經(jīng)過短短的五、六年,CPCI總線工控機(jī)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(chǎng)發(fā)展迅速。Motorola和Force Computers都通過代理打入了國(guó)內(nèi)市場(chǎng),發(fā)展勢(shì)頭看好。

臺(tái)灣的CPCI總線工控機(jī)技術(shù)相對(duì)比較先進(jìn),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(chǎng)。但需要在產(chǎn)品的系統(tǒng)性和配套性、價(jià)格及服務(wù)等因素上進(jìn)一步改進(jìn),估計(jì)近幾年會(huì)得到迅速發(fā)展。北京康拓公司是大陸第一家自動(dòng)研制和生產(chǎn)CPCI總線工控機(jī)的廠家,并有自己的創(chuàng)新點(diǎn),在標(biāo)準(zhǔn)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(shí),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(jī)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(guó)內(nèi)主要從事CPCI總線工控機(jī)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(huì)有新產(chǎn)品不斷推向市場(chǎng)。

CPCI總線工控機(jī)的應(yīng)用

1998年,美國(guó)Marconi公司采用開放式架CPCI工控機(jī)為美國(guó)空軍F16 Fighting Falcon戰(zhàn)斗機(jī)研制了第三代測(cè)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(guó)西南部的導(dǎo)彈測(cè)試基地研制測(cè)控設(shè)備。設(shè)備采集從各種電子對(duì)抗設(shè)施（ECM）傳來的數(shù)據(jù),處理后,確定目標(biāo)（如雷達(dá)）。

美國(guó)海軍正在將用于部署在China Lake和Pt.Magoo的QF4戰(zhàn)斗機(jī)上的VME總線工控機(jī)升級(jí)為CPCI總線工控機(jī)系統(tǒng),以增強(qiáng)電子對(duì)抗能力。

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

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

在辦內(nèi),西安空軍工控大學(xué)采用北京康拓公司生產(chǎn)的APCI5094（5x86-133MHz）CPCI總線工控機(jī)系統(tǒng)研制成功了進(jìn)口戰(zhàn)斗機(jī)地面測(cè)試設(shè)備,并通過了總線裝備部、空國(guó)組織的產(chǎn)品鑒定。中國(guó)核動(dòng)力研究院設(shè)計(jì)院采用康拓公司的CPCI產(chǎn)品研制了“九五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“核電站數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)”原理樣機(jī),并通過了中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司組織的鑒定。“核電站反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)”是核電站重要的安全系統(tǒng),有較高的可靠性要求。這是國(guó)產(chǎn)的工控機(jī)和國(guó)產(chǎn)化設(shè)備首次應(yīng)用在“核保護(hù)裝置上”,推進(jìn)了核電站保護(hù)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化過程和相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。浙江紹興精工集團(tuán)采用北京康拓公司生產(chǎn)的CPCI工控機(jī)系統(tǒng)研制成功了國(guó)和化先進(jìn)的“噴氣”紡織機(jī)。國(guó)產(chǎn)機(jī)的CPCI總線工控機(jī)在國(guó)內(nèi)航天領(lǐng)域的《神通一號(hào)》衛(wèi)星動(dòng)量輪地面測(cè)試系統(tǒng)、《風(fēng)云二號(hào)》氣象衛(wèi)星自旋線路系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備、《東方紅四號(hào)》通信衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)地面測(cè)試設(shè)備中也得到了成功應(yīng)用。在這以前,由于沒有國(guó)產(chǎn)高性能的工控機(jī)可用,我國(guó)衛(wèi)星地面測(cè)試