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CompactPCI 與 PICMG2.X技術開發(fā)架構之探討

凌華科技通訊暨計算機產品事業(yè)部 蔡耀騰 2004/07/30

　　何謂 CompactPCI
　　
　　工業(yè)計算機的種類有很多，有金手指接口的 PCI/ISA Card，有長卡或短卡之分，一般用來做工廠機器的控制之用，例如 CNC 切割機，成品分類控制等;也有像縮小版的主機板，不帶金手指接口的，即所謂嵌入式 embedded card，有 3.5 與 5 又 1/4 英吋的卡，平常在便利商店可見的 POS (Point of Sales) 收款機或是 SOHO 族用的小型 Firewall 都可能是用 Embedded solution。 更小一塊像餅干的 PC/104，一般應用在鉆油平臺或飛彈的導向系統(tǒng)等，另外還有 server 用的大型 motherboard 及 CompactPCI。
　　
　　什么是CompactPCI? 和一般的桌上型計算機或工業(yè)計算機有什么不同?平常在辦公室或家里看到的是所謂的桌上型計算機 (Desktop computer)，里面是由主機板 motherboard 和插在 PCI 插槽的外圍卡所組成。如果看到辦公室計算機機房內高高的架子上插著直立式的卡片，那就是直立式服務器 (Pedestal server)，如果是一盒一盒掛在架子上的，那大概就是機架式服務器 (Rack mount server)， 那么如果是像土司面包切片，每一片掛上把手，就是 CompactPCI 的刀鋒服務器 (blade server) 。


　　CompactPCI將處理器，內存，硬盤機等服務器系統(tǒng)的硬件集成到單一的3U （100 x 160 mm） CompactPCI或6U (233.33 x 160 mm) CompactPCI的主板上， 彼此共享機箱，電源供應器，鍵盤，顯示器及鼠標等資源。 在一個符合3U或6U 的CompactPCI機箱（chassis）內，可隨需求放入多達20臺（片）以上的服務器，因此產品的集中度（density）相當?shù)母�，�?jié)省空間。


　　CompactPCI 的特點
　　
　　CompactPCI 屬于開放性的產品架構（third party OS/CPU），占有市場的銷售比重逐漸提高，因此開放型架構提供的產品成為各系統(tǒng)集成商的發(fā)展方向。開放性的架構在軟件上有著一定的優(yōu)勢，系統(tǒng)集成商可在 OS (Operating System) 操作系統(tǒng)方面有較多的選擇，現(xiàn)成的 Windows XP， Windows 2000， Windows NT， Linux Red Hat， Caldera， Yellow Dog 等垂手可得，如果需要客制化的 VxWorks 或 RISC 架構底下的操作系統(tǒng)，廠商也可根據(jù)需求特別開發(fā)。另外，系統(tǒng)卡與外圍卡彈性化的組態(tài)方式，更大大提高了其適用性 (Availability)。 CompactPCI 2mm pitch 矩陣式的接頭相對于金手指來說，大幅度提高了與背板接合的穩(wěn)定度，板卡在機箱內的通風散熱方式也相對的增加了系統(tǒng)的可靠度(Reliability)。此外， CompactPCI 還有許多其它工業(yè)計算機所沒有的優(yōu)點。如模塊化的設計，前板與后板把手的設計省卻了費時的拆除維修時間，熱插拔 (Hotswap) 的支持等，讓維修保養(yǎng)（serviceability）更加方便。還有，高密度的 I/O 與板卡亦增加了其擴充性（Scalability）。
　　
　　CompactPCI 相對于其它工業(yè)計算機，其高密度的整合可以降低成本，風扇于機箱上的設計可以有效降低溫度并減少所需要的空間，還能改進系統(tǒng)的穩(wěn)定度和得到更低的總成本。密集的板卡設置，讓使用者可以很方便快速的加入或移除更多的系統(tǒng)或外圍卡。
　　
　　CompactPCI和PICMG 2.X 的關聯(lián)
　　
　　CompactPCI 板卡的開發(fā)必須遵循 PICMG 2.X 的規(guī)范。下面列出常用的 PICMG 規(guī)范并對其中作者認為重要的部份做出說明。
　　

PICMG 2.0 提供基本的規(guī)范，定義產品的基本電器特性，機械方面的外觀大小， backplane 背板的設計，HotSwap 的基本規(guī)范，J1 32 Bit 與 J2 64 Bit 的電氣要求與 Pin Assignment， Keying， 時脈分布與接地需求等等。開發(fā)者必需遵循這些基本規(guī)范來設計產品。PICMG 2.1 特別針對 Hotswap 熱插拔的功能做詳細的定義， 如 Physical Connection Process， Hardware Connection Process， 與 Software Connection Process， Enumeration， PCI Reset Signals 等做說明。 PIC 2.1 對 Basic Hotswap， Full Hotswap 及 High Availability 等做充分的說明。
　　PICMG 2.9 為 System Management Bus 規(guī)范定義系統(tǒng)管理總線架構在 CompactPCI 總線中所需注意的事項�？偩�中使用 Philips 公司的 I2C (I Square C) 硬件層，并且建構在 IPMI 和 IPMB 規(guī)范上。何謂 IMPI? System Management Bus 又有何優(yōu)點呢?
　　
　　IPMI 是 Intelligence Platform Management Interface智能平臺管理接口。 IPMI 是中心終端通過LAN監(jiān)視遠程服務器的接口。透過IPMI可以提供系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)視 (溫度、電壓和風扇狀態(tài)等)，系統(tǒng)事件日志，并對嚴重事件自動產生警告，還可以自動控制系統(tǒng)斷電，重新開機等功能。IPMI的核心結構是 BMC (Base Management Controller) 基板管理控制器。 BMC內建獨立的 Watchdog Timer，可用來檢測BIOS、OS、AP 或因軟件引起的系統(tǒng)故障。當 Watchdog Timer 發(fā)生超時，BMC可以自動重啟系統(tǒng)，執(zhí)行供電或將發(fā)生的情況透過網絡傳達給遠程。
　　
　　PICMG 2.16 為 Packet Switching Backplane。 PICMG 2.16 重新定義 CompactPCI架構的interconnect方式，從一點對多點的并行總線方式，到點對點的串行總線互聯(lián)。規(guī)范也說明如 Switching Fabric 的交換機制技術。 PICMG 2.16使用 Dual Redundant 的星型網絡結構，透過 Ethernet 實現(xiàn)了節(jié)點(Node) 間的點到點互聯(lián)，解決因單點故障所產生的問題，所以可以提供更快速的傳輸性能及高度的可靠性。交換機制的架構更適合設計高可用性系統(tǒng)，所以 PICMG 2.16的設計主要是應用于電信整合或下一代網絡系統(tǒng)產品。
　　
　　3U 的 CompactPCI最廣泛的應用在智能交通系統(tǒng)方面。系統(tǒng)集成商(System Integrator) 可插入所需的系統(tǒng)卡以滿足運算所需的效能，可加入外圍卡如 RS-232， RS-485， Digital I/O 卡或影像采集卡來做控制，車牌識別等應用， 更可透過網絡的連結成為交通控制系統(tǒng)的中樞。 6U 的 CompactPCI 更廣泛應用在計算機電話整合服務(CTI)應用的硬件平臺，Media gateway，或是Location Based Service，Ring Back Tone等網絡電信的應用。
　　
　　結語
　　
　　CompactPCI 定義了使用在工業(yè)與嵌入式計算機應用的 PCI 強化版本。無論在電氣特性與軟件方面都與 PCI 的標準完全相同。機構方面遵循 IEEE 1101.1 標準， 符合Eurocard 尺寸規(guī)范，不同的是， CompactPCI 有高密度 (2mm pitch) 的接頭利于板卡的穩(wěn)定性，以及快速抽取式的把手便于更換維修。CompactPCI 開發(fā)者必須遵循 PICMG 規(guī)范來設計。例如，在機構方面要注意接頭的屏蔽， 否則會影響 EMI，兼容性記號 (Compatibility Glyph) 及防反插裝置 (Keying) 是否考慮進去，PMC 卡的高度是否高過 10 mm等等。在電氣特性方面也需要特別注意是否考慮到 M66EN 在 33MHz 和 66MHz 系統(tǒng)里意義是不同的， 64 位的 PCI 引腳是否配置到 J2/P2， 系統(tǒng)卡的 GNT# output 是否在驅動器上串聯(lián)上終端電阻，在設計 PICMG 2.1 Hotswap 的ENUM# 訊號時， 開發(fā)者必須熟讀 PICMG 規(guī)范，遵循相關規(guī)定才能設計出優(yōu)秀的產品。

凌華科技供稿 CTI論壇編輯


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