摘 要：本文主要討論了在工業(yè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，EVOC-EPI總線相比較于原有PICMG1.0總線規(guī)范的優(yōu)勢(shì)。主要是從總線擴(kuò)展性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，系統(tǒng)可靠性等三個(gè)方面展開分析。

關(guān)鍵詞：EVOC-EPI總線 工控機(jī) 可靠性

1. 引言

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的核心。傳統(tǒng)意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過程的測(cè)量、控制和管理的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的內(nèi)涵已經(jīng)遠(yuǎn)不止這些，其應(yīng)用范圍也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工業(yè)過程控制。因此，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是“應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域、具有惡劣環(huán)境適應(yīng)能力、能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的加固計(jì)算機(jī)”，簡(jiǎn)稱“工控機(jī)”。

2.PICMG PIC/ISA總線IPC工控機(jī)的由來

中國(guó)工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了上世紀(jì)80年代的第一代STD總線工控機(jī)，90年代的第二代IPC工控機(jī)，IPC工控機(jī)是基于無源底板的系統(tǒng)的發(fā)展一直受到改善平均修復(fù)時(shí)間和提供系統(tǒng)升級(jí)的便利途徑的愿望驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生，因這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復(fù)簡(jiǎn)單而停機(jī)時(shí)間最少。還有一原因是伴隨著PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，IPC工控機(jī)解決了低成本以及和PC軟硬件兼容性問題;實(shí)踐證明：可靠而廉價(jià)的工控機(jī)適合中國(guó)國(guó)情。

早在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)。PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下的系統(tǒng)主要有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1.系統(tǒng)更新和修復(fù)時(shí)間短;

2.具有極佳的擴(kuò)展性;

3.有助于整體系統(tǒng)的散熱特性;

但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)底板加插卡的物理架構(gòu)存在一些缺陷，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。同時(shí)由于計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)原有總線的功能進(jìn)行豐富。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)。因此研祥針對(duì)這種情況推出EVOC-EPI 1.0總線，從而延續(xù)了IPC工控機(jī)的生命力。

3. EVOC-EPI總線架構(gòu)工控機(jī)

3.1 EVOC-EPI總線特性：

EVOC-EPI 1.0總線在電氣信號(hào)特性上延續(xù)PICMG 1.0標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)，在接插連接方式上采用2對(duì)120和90針或孔的歐洲卡式機(jī)械結(jié)構(gòu)連接器，每對(duì)連接器都是由三排針或孔組成的，具有高氣密性、防腐性，進(jìn)一步提高了工控機(jī)可靠性，提升了系統(tǒng)抗振動(dòng)和沖擊能力，最大限度地避免了由于振動(dòng)引起系統(tǒng)故障。

在功能上，從實(shí)現(xiàn)整機(jī)功能的系統(tǒng)級(jí)出發(fā)，對(duì)原有總線信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)充，使之在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上更具靈活性和擴(kuò)展性。

（圖 一）

3.2 傳統(tǒng) PICMG PIC/ISA總線金手指連接方式固有的缺陷：

1. 隨著硬件平臺(tái)性能的提升，功耗也隨之不斷增大。 固定在CPU卡上散熱系統(tǒng)的重量也不可避免的加大，造成CPU卡重心不穩(wěn)，易引起CPU卡的印制板變形、斷線、接觸不良等問題，造成工作不穩(wěn)定等;

2.傳統(tǒng)的PICMG1.0規(guī)范中，CPU卡和底板之間的物理連接是采用金手指連接的方式，金手指與無源底板插槽之間的接觸方式是兩側(cè)彈片的擠壓，在振動(dòng)和沖擊過程中瞬間接觸不良，引起系統(tǒng)死機(jī)。

3. CPU卡與底板插槽連接后，金手指表面50%以上裸露于空氣中，在潮濕或腐蝕性氣體環(huán)境中長(zhǎng)期使用，容易氧化或腐蝕，造成系統(tǒng)接觸不良。

4. PCIMG1.0規(guī)范的適用對(duì)象為采用AT電源的平臺(tái)，隨著市場(chǎng)需求的多樣化,越來越多的廠商要求總線擴(kuò)展支持AT/ATX的雙電源模式。

5.PICMG1.0 規(guī)范所支持的PCI規(guī)范為2.0版，無法滿足帶喚醒功能的PCI擴(kuò)展卡對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的電源管理。另外，PICMG1.0不支持SMBUS總線，使總線在主板對(duì)各擴(kuò)展子卡進(jìn)行管理的通信方式上靈活性不足。

6. 做為一個(gè)整機(jī)系統(tǒng)，主板有多個(gè)監(jiān)控信號(hào)需要與安裝在機(jī)箱前面板或者后面板的板卡相連。符合傳統(tǒng)PICMG1.0規(guī)范的整機(jī)系統(tǒng)，所采用線連的方式。 　　造成機(jī)箱內(nèi)走線錯(cuò)綜復(fù)雜，降低了整機(jī)的散熱性能和裝配性，從而對(duì)整機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成較大的影響。

（圖 二）

3.3 EVOC-EPI總線的優(yōu)勢(shì)

1. EVOC-EPI總線在結(jié)構(gòu)上是CPU板和底板采用歐式連接器，每對(duì)連接器都是通過高密度和氣密性針孔連接器互連，信號(hào)引腳成360°接觸，從而提升了系統(tǒng)抗振動(dòng)和沖擊能力，最大限度地避免了由于振動(dòng)引起系統(tǒng)故障;信號(hào)引腳接觸為密閉性連接，有效地防止了粉塵、腐蝕性氣體和潮濕空氣的侵蝕，從而提升了系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可靠性。

（圖 三）

2. EVOC-EPI總線，可支持?jǐn)U展子卡PME#電源管理功能、增加SMBus總線，使整機(jī)系統(tǒng)各板卡間的通信管理功能更加靈活便捷。

3.EVOC-EPI總線通過修改電源PIN腳的定義，支持總線接口直接對(duì)CPU卡進(jìn)行供電。同時(shí)增加ATX的電源的PS_ON等控制信號(hào)。使總線能夠支持AT/ATX電源模式。

4.EVOC-EPI總線增加了機(jī)箱面板按鈕，指示燈，報(bào)警等系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)，通過總線將這些信號(hào)在底板上進(jìn)行靈活的擴(kuò)展。根據(jù)不同整機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，修改底板監(jiān)控信號(hào)接口的布局，保證機(jī)箱內(nèi)部的低密度走線，優(yōu)化了系統(tǒng)的散熱性能。

5.EVOC-EPI總線在信號(hào)分布上優(yōu)先考慮高速信號(hào)的走線?？s短了底板上PCI信號(hào)從總線擴(kuò)展槽到子卡的走線長(zhǎng)度，減少了傳輸線上分布電容對(duì)信號(hào)完整性帶來的影響，PCI信號(hào)質(zhì)量得到較大的改善，提高了系統(tǒng)的可靠性。（底板圖 四）

（底板 圖 四）

4.EVOC-EPI總線架構(gòu)工控機(jī)整體可靠性

EVOC-EPI總線架構(gòu)工控機(jī)在繼承了PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)易維護(hù)性、易擴(kuò)展性的基礎(chǔ)上，特別注重對(duì)整機(jī)系統(tǒng)可靠性、易維護(hù)性，總線擴(kuò)展性的提升。從下圖（ 圖五）的研祥4U IPC工控機(jī)可以看出。在抗震方面， CPU板與底板采用歐式連接器進(jìn)行連接，CPU板上還有兩根防震壓條，從而避免了因振動(dòng)時(shí)CPU板與底板接觸不良造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。同時(shí)整機(jī)前面板位置安裝兩個(gè)風(fēng)扇，分別放置在主板前端和硬盤驅(qū)架前端。在前面板上安裝溫控模塊，實(shí)時(shí)顯示CPU和系統(tǒng)溫度，還能設(shè)置溫度超報(bào)警功能。同時(shí)由于機(jī)箱內(nèi)的低密度走線，保證了散熱風(fēng)道的順暢，從而保證系統(tǒng)優(yōu)異的散熱性和穩(wěn)定性。在易維護(hù)性方面，由于CPU卡的監(jiān)控信號(hào)通過擴(kuò)展總線與底板上的接口排針連接，板上不需要預(yù)留與監(jiān)控板連線的排針, 在更換CPU卡時(shí)更加便捷,節(jié)約了系統(tǒng)的維護(hù)時(shí)間。在總線功能性擴(kuò)展方面，EVOC-EPI總線完全支持PME#電源管理、SMBus總線，方便系統(tǒng)對(duì)機(jī)箱內(nèi)的板卡通過軟件進(jìn)行管理。EVOC-EPI總線從系統(tǒng)級(jí)對(duì)以往傳統(tǒng)規(guī)范的工控機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，使之在目前工控機(jī)所要求的整體可靠性及功能完整性的基礎(chǔ)上，更加適應(yīng)不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)技術(shù)的需要。

（整機(jī) 圖 五）

5.結(jié)束

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)過程中的應(yīng)用既要求性能及穩(wěn)定性越來越高，當(dāng)前基于PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下的IPC工控機(jī)，隨著計(jì)算機(jī)性能不斷提高以及在特殊環(huán)境下的應(yīng)用已經(jīng)是不堪重負(fù)了。研祥公司針對(duì)此類問題，不斷的在自身的產(chǎn)品上做出創(chuàng)新地改進(jìn)，在基于PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)上創(chuàng)造性的作出了EVOC-EPI 1.0總線標(biāo)準(zhǔn)。使之IPC工控機(jī)的生命力得以延續(xù)，讓穩(wěn)定可靠IPC工控機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家"信息化帶動(dòng)自動(dòng)化"的目標(biāo)，作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 劉鑫， 新一代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用前景 中國(guó)計(jì)算機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì) PICMG/PRC 2004.10.21