基于CPCI總線的加固計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了CPCI總線的概念及特點(diǎn)，并介紹了用CPCI板卡CPCI-3915、MIC-3612、CBP-3206設(shè)計(jì)的加固計(jì)算機(jī)。試驗(yàn)和使用結(jié)果表明：該產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理，工作穩(wěn)定，性能良好，性價比高，其可靠性、可維性均比以往的產(chǎn)品有了很大的提高，完全滿足惡劣環(huán)境下使用的要求。

關(guān)鍵詞：CPCI總線；加固計(jì)算機(jī)；設(shè)計(jì)

O 引言

    隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，加固計(jì)算機(jī)技術(shù)也日趨成熟。加固計(jì)算機(jī)是工作在惡劣環(huán)境下的設(shè)備，為適應(yīng)不斷變化的工作環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境，它對計(jì)算機(jī)總線技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品的開放性、擴(kuò)展性、可靠性、可維性的要求很高。目前，CPCI技術(shù)已廣泛且成功地應(yīng)用到了許多行業(yè)，相關(guān)的產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，到目前為止，無論是生產(chǎn)廠家的數(shù)量、產(chǎn)品的種類和數(shù)量，還是系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)量都得到了大幅度增長，越來越多的項(xiàng)目轉(zhuǎn)向CPCI解決方案。基于以上考慮，我們選用 CPCI總線技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品作為加固計(jì)算機(jī)的開發(fā)平臺。

1 關(guān)于CPCI

1．1 CPCI的含義

    CPCI的全稱為Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)，中文又稱緊湊型PCI，是國際工業(yè)計(jì)算機(jī)制造者聯(lián)合會(PCI Industrial Computer Manufecmrers Group，簡稱PICMG)于1994提出來的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。是以PCI電氣規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)的高性能工業(yè)用總線。CPCI的CPU及外設(shè)同標(biāo)準(zhǔn)PCI是相同的，并且CPCI系統(tǒng)使用與傳統(tǒng)PCI系統(tǒng)相同的芯片、防火墻和相關(guān)軟件。從根本上說，它們是一致的，因此操作系統(tǒng)、驅(qū)動和應(yīng)用程序都感覺不到兩者的區(qū)別，將一個標(biāo)準(zhǔn)PCI插卡轉(zhuǎn)化成CPCI插卡幾乎不需重新設(shè)計(jì)，只要物理上重新分配一下即可。

    換言之，CPCI總線=PCI總線的電氣規(guī)范+標(biāo)準(zhǔn)針孔連接器(IEC-1076-4-101)+歐洲卡規(guī)范(IEC297／IEEE 1011．1)。

1．2 CPCI的特點(diǎn)

1．2．1 開放的總線技術(shù)

    CPCI技術(shù)架構(gòu)在一個更加開放、標(biāo)準(zhǔn)的平臺上，有利于各類系統(tǒng)集成商、設(shè)備供應(yīng)商提供更加便捷快速的增值服務(wù)，為用戶提供更高性價比的產(chǎn)品和解決方案。

1．2．2 可靠的歐洲卡結(jié)構(gòu)

    CPCI拋棄PCI的傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，改用經(jīng)過20年實(shí)踐檢驗(yàn)了的高可靠歐洲卡結(jié)構(gòu)，改善了散熱條件，提高了抗振動沖擊能力，符合電磁兼容性要求。

1．2．3 靈活的連接方式

    CPCI拋棄了IPC的金手指式互連方式，改用歐式連接器(即2 mm密度的針孔連接器)，具有氣密性、防腐性、可靠性、高負(fù)載能力，為現(xiàn)代系列設(shè)計(jì)提供了無可比擬的性能和靈活性。

1．2．4 高效的熱插拔技術(shù)

   CPCI技術(shù)中最突出、最具吸引力的特點(diǎn)是熱插拔(Hot Swap)。簡言之，就是在運(yùn)行系統(tǒng)沒有斷電的條件下，拔出或插入功能模板，而不破壞系統(tǒng)的正常工作的一種技術(shù)。它的實(shí)現(xiàn)是：在結(jié)構(gòu)上采用三種不同長度的引腳插針，使得模板插入或拔出時，電源和接地、PCI總線信號、熱插拔啟動信號按序進(jìn)行。

1．3 關(guān)于CPCI市場

    CPCI產(chǎn)品在國內(nèi)發(fā)展很快，有自主產(chǎn)品的廠家已經(jīng)發(fā)展到數(shù)十家，其中凌華科技為工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)提供了從CPU主板、機(jī)箱、電源到I／O的全系列完整解決方案。此外，還有研華、致茂科技、北京康拓科技集團(tuán)、七—六所、七0七所、電子部上海32所等廠商，都可以研制和生產(chǎn)具有核心技術(shù)的系統(tǒng)平臺產(chǎn)品。

2 CPCI在加固計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用實(shí)例

    下面是我們?yōu)槟钞a(chǎn)品研制的以CPCI板卡為主構(gòu)成的加固計(jì)算機(jī)。

2．1 系統(tǒng)框圈

    用CPCI板卡設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖見圖1。

2．2 主板CPCI-3915特性

2．2．1 處理器系統(tǒng)

    最高速度：2．0 GHs；

    二級緩沖：1MB／2MB；

2．2．2 內(nèi)存

    規(guī)格：單條n0n-ECC DDR2 400／533 SODLMM；

    最大容量：2 GB。

2．2．3 I／O接口

    串口：2個(RS-232)；(COM1和COM2)(DB-9)

    USB口：3個(USB2．O)；前面板兩個，背板1個。

    PS／2口：1個；

    Serial ATA口：1個；

    IDE口：1個；

    網(wǎng)口：2個：

    VGA口：1個。顯示分辨率：2048×1536(CRT)。

2．2．4 顯示

    Intel915ME芯片組集成顯卡。

    前面板上模擬CRT端口，最高支持2048×1 536分辨率；

    后板上DVI-1端口，帶模擬和數(shù)字信號；

    背板模塊上1×18bps LVDS端口。

2．3 串口擴(kuò)展板MIC-3612特性

    可擴(kuò)展出4個通訊口RS-232／RS-422／RS-485；

    標(biāo)準(zhǔn)3U／6U尺寸；

    和PCI 2．1兼容；

    速度可達(dá)921．6 K

    由PCI即插即用自動分配地址；

    支持Windows 98／Windows 2000／Windows NT／WindowsXP操作系統(tǒng)。

    浪涌保護(hù)(25OOVDC)。

2．4 背板CBP-3206-3612特性

    標(biāo)準(zhǔn)3U高度

    32-bit／33MH

    可選擇后走線。

2．5 關(guān)于框圖的說明

2．5．1 板卡的安裝

    由框圖可見，該系統(tǒng)主要由主板CPCI-3915(由凌華公司生產(chǎn))、串口擴(kuò)展板MIC-3612(由研華公司生產(chǎn))、背板CBP-3206(由凌華公司生產(chǎn))及其它外部設(shè)備構(gòu)成。

    三個CPCI板卡被安裝在一個經(jīng)精心設(shè)計(jì)的3U機(jī)箱上，背板CBP-3206在機(jī)箱的后方，它有六個總線插座，和這六個總線插座相垂直，機(jī)箱有六個插槽，主板CPCI-3915和串口擴(kuò)展板MIC-3612占據(jù)其中的兩個插槽，其它的四個插槽則預(yù)留給用戶開發(fā)。

    主板和串口擴(kuò)展板插入機(jī)箱后用螺釘擰緊，這樣，三塊板卡的總線緊密接觸，完全吻合，三個板卡被牢牢地固定在機(jī)箱上，且頂端和底部均有導(dǎo)軌支持。前面板緊固裝置將前面板與周圍的機(jī)架安全地固定在一起?？ㄅc槽的連接部分通過針孔連接器緊密地連接。由于卡的四面均將其牢牢地固定在其位置上，因此即使在劇烈的沖擊和震動場合，也能保證持久連接而不會接觸不良。

    這正是CPCI技術(shù)的長處，以往的板卡安裝沒有可靠而安全的技術(shù)支持，插在其中的板卡只能固定于一點(diǎn)(如PCI技術(shù)中的金手指連接)?？ǖ捻敹撕偷撞恳矝]有導(dǎo)軌支持，因此卡與槽的連接處、插頭與插座的連接處都容易在震動中接觸不良，造成不良后果。

2．5．2 操作系統(tǒng)的安裝和系統(tǒng)的快速恢復(fù)

    出于加固的考慮，框圖中采用80G寬溫抗震硬盤和4G寬溫電子盤。

    操作系統(tǒng)是加固計(jì)算機(jī)的核心所在，要確實(shí)保證它的安全，當(dāng)不可抗拒的原因使計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)發(fā)生崩潰時，要用最有效的方法在最短的時間內(nèi)恢復(fù)。

    出于上述考慮，在兩個盤中都分別安裝了Windows 2000操作系統(tǒng)，當(dāng)其中的一個發(fā)生故障時，可以快速地切換到另一個。

    另外，做了對操作系統(tǒng)的備份，當(dāng)系統(tǒng)崩潰時，可通過簡單的操作，迅速地將系統(tǒng)恢復(fù)，這些操作均不用打開機(jī)蓋，只需用鼠標(biāo)和鍵盤操作就可以了。

2．5．3 顯示器

    框圖中的顯示器采用15英寸平板液晶顯示器，它由散件顯示屏、控制板、逆變器整合加固而成，在顯示屏的前面，安裝兼有加熱和屏蔽功能的玻璃，箱體內(nèi)的除霧電路可對其加熱除霧。

2．5．4 技術(shù)指標(biāo)

    框圖所示加固計(jì)算機(jī)的技術(shù)指標(biāo)見表1。

3 結(jié)論

    CPCI技術(shù)在加固計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用過程告訴我們，只有緊跟科技發(fā)展的新潮流，才不會落伍，才能對國家、對人民做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。