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高可性嵌入式CPII系统的产业化解决方案 一、引言 以标准的计算机技术为的嵌入式系统，由于可以与各种各样的简单的设备有机地结合在一起，特别敏捷地实现各种监测、掌握和管理功能，已经成为工业掌握领域广为接受并得到大力进展的产品和技术方案随着工业掌握系统对功能、性能和牢靠性要求的不断提高，高牢靠性嵌入式系统作为新一代工业掌握系统的技术和产品，正在被越来越多的客户和供应商所关注，新技术、新产品、新方案层出不穷 由PICMG（PCI Industrial Computer ManuFacturesGroup）制订并大力提倡的 Compact PCI（CPCI）技术，由于沿袭了PCI成熟的、高性价比的、广泛而简单猎取的软硬件资源，并吸纳和进展了VME的高牢靠性的系统结构，从面世的那天开头，就成为新一代高牢靠性系统的设计方案，在高性能计算机／服务器、工业掌握与自动化系统、网络与通信设备以及航空航天和军事应用领域都得到广泛的应用 近几年，随着国外计算机系统公司基于CPC的产品和方案的推广以及PICMG／PRC对CPCI技术的宣扬，我国的工业掌握领域，特殊是中高端的应用，正在越来越多地把CPCI应用于高性能嵌入式系统之中。

由于高牢靠性嵌入式CPCI系统具有很多与众不同的特点和要求，因此从设计到生产到应用服务都需要更为化的技术工艺和工程阅历，本文从技术、产品和服务几个方面探讨适合市场需要和产业进展的解决方案 二、嵌入式系统的进展 在信息化的今日，计算机已经不再是仅仅完成计算功能的设备，它已经成为无所不能、无处不在、与人类生活亲密相关的东西小到各种家用电器和通信终端的掌握电路，大到航空航天飞机和工业自动化系统的掌握中心，它们都是嵌入式的计算机系统 嵌入式的计算机系统，依据它们所掌握设备的特点，会采纳各种各样的设计方法从简洁的单片机、单板机到简单的多CPU、多总线冗余结构，都有可能成为嵌入式系统的实现方案 无论是简洁的嵌入式系统还是简单的嵌入式系统，随着微电于技术和计算机软硬件技术的进展，每一阶段都有不同于已往的产品实现方式CPU从4位、 8位、16位、32位进展到64位，存储器从几百字节进展到几百兆字节，通信接口的速度从几百bPS进展到几十GbPS，接口的数目也变得更多这些都使嵌入式系统的性能得到了极大的提高，功能日益丰富同时，高牢靠性和高可用性在嵌入式系统的进展历程中正在占据越来越重要的地位，成为设计和应用的首要考虑因素，并且也已经成为竞争对手之间相互较量的重点。

三、高牢靠性嵌入式系统的特别需求 高牢靠性嵌入式系统的特别需求，概括地用一句话来表示就是确保系统性能的牢靠实现主要表现在如下几个方面： （1） 足够强的数据处理力量 （2） 足够高的数据传输速度 （3） 足够多的外部连接接口 （4） 平安而高效的系统管理机制 （5） 标准而牢靠的系统连接方式 （6） 易于维护的系统结构 （7） 良好的开放性和可扩展性 （8） 抗恶劣环境 （9） 冗错性强 高牢靠性嵌入式系统，一般都选用先进的高性能的处理器，在可能的状况下，尽可能采纳比较高的系统工作频率和总线宽度，依据系统应用要求可以配置足够多的可以由用户自由定义的I／O接口，从而，使系统具有比较高的性能一个或多个系统管理设备以及平安而高效的软硬件管理体制可以保证高牢靠性嵌入式系统性能的充分发挥和利用；在物理特征上，高牢靠性嵌入式系统采纳的是标准而牢靠的系统连接方式，采纳模块化结构设计和冗错性设计，支持热拔插、热切换，以尽可能地缩短系统的不行用时间同时，高牢靠性嵌入式系统相对于一般的系统具有更强的抗恶劣环境工作力量，对高温、高湿、震惊、辐射；和腐蚀，都有良好的防护措施。

四、CPCI的技术特点与系统解决方案 ICPCI定义了33MHZ／32bit－66MHZ／64bit的总线结构，信号传输速度高达528Mbyte/s适应当今市场上各种主流的高性能处理器一段CPCI总线可以连接一个系统设备和7个外围设备，假如需要，可以通过桥接电路进行扩展每扩展都可以增加7个外围设备假如需要，通过CPCI总线可以非常便利地实现外围设备的备份甚至系统设备的备份同时，CPCI系统针对传统电信领域的应用扩展了CTBUS，针对网络通信领域的应用扩展了PSB BUS，使它可以特别便利地与这两个领域的设备结合在一起，实现嵌入式的应用CPCI系统支持冗余的电源供应方式，可以实现 1＋1，N＋l，N＋N多种电源冗余结构系统板卡及外部设备板卡采纳统一的3U或6U标准欧式板卡结构，各种板卡之间通过专用的背板进行牢靠的互连，而且支持带电热拔插当进行系统扩充和维护时，可以通过直接增加或更换板卡非常便利地完成，大大削减了系统维护时间，提高了系统的可用性板卡与背板之间选用高性能的2MM HARD METRIC连接器进行连接，在3U的板卡上定义了2个连接器，在6L的板卡上定义了5个连接器，引脚数量多达535个，除了被标准的CPCI信号使用之外，还有足够多的引脚进行特地用途的扩展或者由使用者自己定义。

CPCI连接器采纳针孔式连接方式，不仅比PCI的边沿式连接方式密度更高、连接更牢靠，而且更简单实现热拔插、EMC防护等功能，更简单适应振动、灰尘、高湿度、腐蚀性气体等恶劣环境这种标准的板卡结构，不仅连接牢靠，便利维护，而且还可以通过背板连接器的向后延长的引脚实现背后的I／O扩展，这对很多嵌入式系统非常重要CPCI系统采纳了标准的19机箱结构，可以很简单地装入任何标准的19机架，与其他相关设备有机地结合在一起每个 CPCI机箱都有相对独立的电源供应和通风冷却系统，并且有专用的系统监控模块对系统工作状态进行管理和监控 CPCI机箱一般采纳优质铝型材，相对其他材料不仅保证了更精密的机械协作，而且在单位重量、导热性、EMC防护等方面更有优势，特殊适合于嵌入式系统的特别应用需求CPCI机箱的导轨、面板以及插卡把手的设计都对热拔插和FMC防护赐予了充分的考虑 图1 典型的CPCI系统结构 图2 3U CPCI板卡及背板结构 图3 CPCI背板连接器热拔插结构及 REAR…结构示图 CPCI作为新一代工业计算机的技术标准，经过近10年的进展和遍布的PICMG成员的共同努力，已经成为当代高牢靠性嵌入式系统的的解决方案。

五、相关产品及应用 一项好的技术，它的胜利与否，不仅仅取决于它的设计思想是否先进、是否完善，而是往往取决于它是否有良好的实现手段 CPCI技术也不例外从它的提出到现在已经经受了近十年的时间，但真正被广泛接受和应用也仅仅是近的几年主要缘由就是，与其相关的产品基础直到近几年才基本建立完善 除了基于传统PCI的软硬件内核之外，全新结构的CPCI板卡、CPCI连接器、CPCI背板、CPCI电源、CPCI机箱及其附件，等等，这一系列的产品集成在一起才构成完整的高牢靠性嵌入式CPCI系统 各种CPCI板卡是CPCI系统的产品，很多世界的公司如MOTOROLA、INTEL早就有成熟的产品供应，中国大陆和台湾地区的很多的IPC供应商如研华、凌华、研祥等也相继推出自己的产品 CPCI背板是CPCI系统中为关键的部件，直接关系到系统性能的牢靠实现它不仅要求完全符合标准，而且还要求兼容性强，确保来自不同供应商的符合PICMG规范的板卡都能稳定地运行在同一个系统中它具有3U或6U的高度，2－21个插槽，可以便利地安装在任何标准的欧式插箱为了保证高密度的布线要求和的阻抗匹配，CPCI背板的PCB一般都在10层以上。

CPCI背板的设计要求具备特别高的化技术和丰富的工程阅历，很多参数都要使用专用的EDA工具进行反复的模拟和仿真CPCI背板的生产装配大多采纳先进的压接工艺，需要特别特别的设备和工装模具由于CPCI背板实现的是高密度、高牢靠性的电气连接和特别精密的机械连接，所以，出厂前都必需经过全面而严格的电学测试和光学测试，必要时还必需进行各种恶劣环境的模拟测试 CPCI背板的使用环境大多是高性能计算机／服务器、工业掌握与自动化系统、网络与通信设备以及航空航天和军事应用领域，因此，要求应用和服务人员必需具有特别强的相关领域的学问和系统学问 CPCI背板、CPCI机箱、CPCI电源、CPCI风扇模块以及CPCI系统监控模块有机组合在一起，就构成了CPCI系统的基础硬件平台在此硬件平台的基础上，系统设备厂商可以特别便利、快速地进行专有产品的设计，可以以相对低廉的成本供应高性能的系统产品 以上产品基础的建立和相关设计、生产和应用服务的技术保证为高牢靠性的嵌入式系统的进展供应了必要而充分的条件 图4 CPCI背板及CPCI机箱 六、结论 综合以上论述，不难看出，高牢靠性嵌入式系统的特别应用需求打算了CPCI技术及相关产品必定成为它的方案。

它的进展必需建立在完善的产品基础之上化的设计、化的生产和化的应用服务是高牢靠性嵌入式CPCI系统产业化的必由之路 :8Word版本。