工控机总线及其发展

工控机总线及其发展,内容提要,PC的基本架构及PC总线的发展历史总线介绍ISA,PC/104总线介绍,PICMG标准族介绍,问题解答,PICMG简介PICMG:PCI工业计算机制造厂商联盟PCIIndustrialComputerManufacturersGroup现有超过450家公司参加共同为高性能电讯和工业计算机应用制定开放技术规范PICMG有三种会员资格执行会员,理事会员普通会员研祥做的产品,研祥为理事会员PICMG和非PICMG,PICMG标准系列,PICMG制定的技术规范,PICMG1.0:基于标准PCI卡和ISA卡的无源底板应用,PICMG1.2:EmbeddedPCI-XCPU卡和背板PICMG1.3:PCIExpressCPU卡和背板,PICMG2.0基于Eurocard的CompactPCI应用PICMG3.0以交换技术为基础的,AdvancedTCA为下一代电讯设备应用的全新系统架构,其他,如ETX,PISA,PICMG与其他标准组织的关系,PC总线,输出处理,显示器打印机LANRS-232中央处理器,存储,内部存储器内存条闪存,外部存储器硬盘,CDROM,U盘,输入,键盘/鼠标扫描仪LANRS-232,PC总线的作用,互连,部件级互连:如内存条南北桥的连接,板级互连PCI网卡ISA声卡,设备互连Centronics接口打印机系统级互连Ethernet通讯,共享,功能扩充的需要,内置/扩充功能的选择降低使用成本(购买时)保护设备投资(购买后),标准化兼容性制造和使用成本,连接器-机械兼容性,芯片-电气兼容性(硬件/软件),是,PC总线发展的推动力CPU的发展8088286386486Pentium4高分辨率显示器MDACGAEGAVGAXGA多媒体音频采集播放视频播放游戏动画,最,终,目,的,提,高,带,宽,应用,InternetIntranet电讯ISPPC总线发展特点PC总线的发展相对滞后PC总线影响广泛(与内存,CPU等比较),PC总线的发展(1),PC/XT(4.77MHz,8位数据20位地址)ISA(8MHz,8/16位数据,24位地址),EISA(8MHz,8/16/32位,32位地址,兼容ISA)MicroChannel(16/32位,仅用于IBMPS/2),VLBus(33MHz,16/32位数据,30位地址,与ISA兼容)PCI(33/66MHz,32/64位),AGP(66/133/266/512MHz,32位)PCI-X1.0(33/66/133MHz,32/64位)PCI-X2.0(266/533/1066MHz,32/64位)PCIExpress(2.5Gb/s,串行双向传输),PC总线的发展(2),PCI总线概述(2),PCI总线速度,最高133MBytes/s,32-位,5.0V,33MHz总线时钟,最高266MBytes/s64-位,33MHz总线时钟,理论上最高532MBytes/s64-位,3.3V,66MHz总线时钟可提高到1066MBytes/sPCI-X,64-位,133MHz总线时钟,PC/104特点(1),PC/104名称的由来,ISA标准连接器98个接点PC/104:增加6个接地点,主要特点,所有信号与标准ISA信号一样针座连接脊背式叠放无需背板无需机架,元器件少功耗降低至12W/模块,PC/104结构(2),PC/104模块的安装(3),PCI-104总线,与PC/104的不同,去掉AT(16位)和XT(8位)两个连接器,元器件高度限制正面由11.05mm降位8.76mm;背面由2.54mm提高至4.83mm,增加控制逻辑处理高速总线要求,与PC/104-Plus的不同,去掉AT(16位)和XT(8位)两个连接器,与120针PCI总线标准的不同,采用4x30脚间距2mm的长引脚连接器而不是原来的124针边沿连接器,不支持64位扩充不支持JTAG,PRSNT,CLKRUN等信号,PCI-104结构,PC/104,PC/104-Plus,PCI-104,电缆和背板PC总线标准(1),总线,数据速率类型,说明,拓扑结构电压,电缆,RS-232,19.2Kbps非平衡式,20米,点对点,325V,9/25线电,单端,缆,I2C10Base-T,3.4Mb10Mbps,非平衡式平衡式,2线3类线,多点多点,TTLECL,印刷电路STP或UTP,100Base-T100Mbps平衡式,5类线,多点,+/-1.0V,STP或UTP,1394aFireWire1394bFireWire,400Mbps差分800Mbps差分,类似USB类似USB,点对点点对点,0.60.8V0.60.8V,2对STP2电源线2对STP2电源线,电缆和背板PC总线标准(2),总线,数据速率,类型,说明,拓扑结构电压,电缆,USB1.1,12Mbps,差分,电缆,星形,0.33.6V,屏蔽双绞,线(STP),USB2.0,480Mbps,差分,电缆,星形,0.33.6V,屏蔽双绞,线(STP),ATA-3ATA-4ATA-5ATA-6ATA-7,16Mbps33Mbps66Mbps100Mbps133Mbps,16位16位16位16位16位,硬盘/CDROM,链接EIDE硬盘/CDROM,链接UltraATA/33硬盘/CDROM,链接UltraATA/66硬盘/CDROM,链接UltraATA/100硬盘/CDROM,链接UltraATA/133,TTLTTLTTLTTLTTL,40线电缆40线电缆80线电缆80线电缆80线电缆,PCI变种,PMC-扣板结构装载在主板上,CompactPCI-Eurocard结构无源底板MiniPCI-便携系统新标准有I,II,III类三,种连接器,CarBus-便携系统点到点连接PCMCIA结构形式,AGP-AGP1x,2x,4x,8x,PCI-X-向后兼容PCI,最高带宽1GB/sec,PCI,PCI-X与PCIExpress,总线,数据位宽工作频率最高速度,说明,PCI,326464,33MHz33MHz66MHz,133MB/s266MB/s533MB/s,PCI1.0PCI2.2,PCI2.3,PCI3.0仅支持3V插卡64位用于服务器,PCI-X1.0,646464,66MHz100MHz133MHz,533MB/s向后兼容主要用于服务器等800MB/s高端产品,如SCSI卡Gb以1.06MB/s太网,PCI-X2.0PCIExpress,6464X1X2X4X8X16x32,266MHz533MHz2.5GHz2.5GHz2.5GHz2.5GHz2.5GHz2.5GHz,2.1GB/s4.3GB/s312MB/s625MB/s1.25GB/s2.5GB/s5GB/s10GB/s,向后兼容用于10Gb以太网,10Gb光纤,Infiniband等应用PCIExpress与PCI硬件不兼容但软件兼容速度与PCI-X533相当速度与PCI-X1066相当,带PCI总线的PC系统结构533/800MHz前端总线,AGP图形接口AC97音频接口,GMCH,单/双通道DDR-333,DDR2-400orDDR2-533SerialATA接口,8个高速USB2.0接口,PCI总线PCI总线插槽,IDE插座,PCIExpress连接器,PCIExpress-共享交换机PCI总线PCIExpress链路,PCIExpress共享交换机,PCI共享总线,PCIExpress优点,高性能PCIex1的带宽比PCI高1倍多,下一十年的总线同步数据传输,PCIe带宽与信道数量呈正比可用带宽是双向的I/O简单,QoS能保证数据采集用需求容易使用,多媒体应,信号少,IC管脚少,支持热插拔,传输距离长分层架构,PCIe设备多种多样例如:SIOM(服务器I/O模块ExpressCard(类似笔记本电脑的PCMCIA)等,物理层,提高传输速度,软件兼容性,保护软件投资,带PCIExpress总线的PC系统结构533/800MHz前端总线,PCIExpressx16图形接口高保真音频接口8个高速USB2.0接口,GMCH4PCIExpress*x1通道,单/双通道DDR-333,DDR2-400orDDR2-5332SerialATA接口IDE插座PCI插槽,PICMG1.0PCI/ISA总线,1994年10月发表PICMG1.0标,准,由ISA和PCI两种总线组成,PCI总线:兼容PCI2.2可直,接支持4个PCI插槽,使用PCI-PCI桥可支持更多,PCI插槽,PICMG1.2EmbeddedPCI-X总线,2002年1月发表PICMG1.2标准与PICMG1.0尺寸一样,原PICMG1.0的ISA总线由PCI-X,总线取代,可支持两条总线PCI和PCI-XPCI-X只能支持12个插槽5个,负载,PICMG1.3CPU卡,FSC-1811V2NA主板支持PICMG1.3标准,CompactPCI机箱(1),CompactPCI机箱(2),CompactPCI系统单板,CompactPCI背板,CompactPCI连接器(2),CompactPCI连接器(3),长短不同的针用来控制电源和信号的接通顺序,CompactPCIHot-swap,CompactPCIHot-swap级,基本完全,高可用性,CompactPCI与工业PC比较(1),无源背板针-孔式连接嵌入式,CompactPCI板由上下导轨前面板拉手条背板共同固定非常坚固牢靠,