上期我們討論了工控機(jī)在體積方面的設(shè)計(jì)，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(huì)來討論一下工控機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念。 早在80年代初期，美國AD公司就推出了類似IPC的MAC-150工控機(jī)，隨后美國IBM公司在85年正式推出工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM7532?，F(xiàn)在我手頭有一份當(dāng)時(shí)宣傳IBM 7532的廣告詞。供大家參考： 強(qiáng)力的數(shù)據(jù)處理．靈活的網(wǎng)絡(luò)溝通， IBM 7532 工業(yè)計(jì)算機(jī)創(chuàng)造了神奇的自動(dòng)化系統(tǒng) IBM 7532 工業(yè)計(jì)算機(jī) 剪影 IBM 7532 工業(yè)計(jì)算機(jī)是針對(duì)工廠作業(yè)需求而設(shè)計(jì)的，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)整合制造(CIM)觀念為中心目標(biāo)。它特重生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)器間接口，強(qiáng)調(diào)機(jī)器之間如何自動(dòng)溝通呼應(yīng)。它也講求在工作場(chǎng)所的實(shí)際操作，符合在真正作業(yè)環(huán)境中的各種相關(guān)因素。最重要的，它具有豐富功能的組合，可適應(yīng)廣泛的應(yīng)用層面。 它采用高速微處理機(jī)，可以發(fā)揮強(qiáng)力信息處理的功能；它使用智能型通訊諧調(diào)器，可以展現(xiàn)實(shí)時(shí)處理分配處理和高速數(shù)據(jù)處理的境界。不論在那一個(gè)作業(yè)領(lǐng)域，由于它擁有許多通信功能的組合，均得以針對(duì)特殊需求，構(gòu)建具有多元性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，溝通整條生產(chǎn)線。 IBM 7532 工業(yè)計(jì)算機(jī) 特色 ．可以在差距很大的溫度和濕度條件下操作。 ．具有防塵結(jié)構(gòu)和磁盤保護(hù)裝置。 ．有極佳防震和防電擊的外殼。 ．供電裝置受到避免外在噪聲和電壓頻率波動(dòng)的保護(hù)。 ．配置安全鍵鎖。以防止不當(dāng)操作，和保障數(shù)據(jù)安全。 ．備有系統(tǒng)重置開關(guān)，符合人體工學(xué)需求。 ．附有19英寸頂架設(shè)計(jì)，易于和其它設(shè)備結(jié)合操作。 當(dāng)時(shí)的IBM工控機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和面向個(gè)人的IBM AT/XT個(gè)人電腦基本類似，只是在防塵和外殼、硬盤保護(hù)方面做出了加強(qiáng)。其核心使用的處理板還是AT結(jié)構(gòu)的母板。早期的工控機(jī)就是一個(gè)質(zhì)量更好的PC。但是隨著時(shí)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)： 維護(hù)時(shí)間減少： 隨著工控機(jī)被大量用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，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(gè)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(shí)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間增加，這在工控現(xiàn)場(chǎng)是不可接受的。 因此工程師們想到另外一個(gè)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(jiǎn)單而且停機(jī)時(shí)間最少。這種設(shè)計(jì)理念影響了整個(gè)工控機(jī)的發(fā)展?，F(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。 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(shí)，1994年，PICMG組織及時(shí)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)。 極佳的擴(kuò)展性 PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)除了上文所闡述的系統(tǒng)更新和修復(fù)時(shí)間短的主要優(yōu)點(diǎn)外，還存在另外一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：具有極佳的擴(kuò)展性。 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用工控機(jī)做控制核心，會(huì)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(cè)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(huì)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(huì)同時(shí)選擇幾個(gè)ISA界面的IO卡配合攝像頭云臺(tái)使用。因此用戶對(duì)ISA和PCI插槽的需求多種多樣。 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(gè)PCI，3個(gè)ISA槽，后來ISA在民用市場(chǎng)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(gè)ISA槽。因此對(duì)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。 優(yōu)秀的散熱特性 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： 4U上架機(jī)箱的散熱設(shè)計(jì) 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(dòng)的情況下松動(dòng)，因此不太適應(yīng)那些具有腐蝕性和振動(dòng)性的環(huán)境下。對(duì)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(jià)格、開發(fā)難度等因素，CompactPCI在一段時(shí)期內(nèi)較難進(jìn)入主流市場(chǎng)。因此研華針對(duì)這種情況推出的工業(yè)母板系列作為補(bǔ)充（后文會(huì)來探討工業(yè)母板的市場(chǎng)）。 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(shì)。主要是在維護(hù)難度時(shí)間、擴(kuò)展性、散熱性等三個(gè)方面。下期我們將會(huì)繼續(xù)討論研華工控機(jī)箱在散熱方面的改進(jìn)。