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1. 引言 工業控制計算機是工業自動化設備和信息產業基礎設備的核心。傳統意義上，將用于工業生產過程的測量、控制和管理的計算機統稱為工業控制計算機，包括計算機和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業控制計算機的內涵已經遠不止這些，其應用范圍也已經遠遠超出工業過程控制。因此，工業控制計算機是“應用在國民經濟發展和國防建設的各個領域、具有惡劣環境適應能力、能長期穩定工作的加固計算機”，簡稱“工控機”。 2.PICMG PIC/ISA總線IPC工控機的由來 中國工控機技術的發展經歷了上世紀80年代的第一代STD總線工控機，90年代的第二代IPC工控機，IPC工控機是基于無源底板的系統的發展一直受到改善平均修復時間和提供系統升級的便利途徑的愿望驅動下產生，因這種結構使得系統更新和修復簡單而停機時間最少。還有一原因是伴隨著PC產業的發展而得到了長足的發展，IPC工控機解決了低成本以及和PC軟硬件兼容性問題;實踐證明：可靠而廉價的工控機適合中國國情。 早在1994年，PICMG組織及時在無源底板結構中導入了PCI技術，制定了基于ISA/PCI技術的PICMG1.0標準。PICMG1.0標準架構下的系統主要有如下的優點： 1.系統更新和修復時間短; 2.具有極佳的擴展性; 3.有助于整體系統的散熱特性; 但經過長時間的應用后發現底板加插卡的物理架構存在一些缺陷，例如，金手指處容易氧化，槽部位容易在振動的情況下松動，因此不太適應那些具有腐蝕性和振動性的環境下。同時由于計算機硬件平臺技術的發展，需要對原有總線的功能進行豐富。對于這些情況，業界推出了基于PICMG2.0規范的 CompactPCI技術，但由于價格、開發難度等因素，CompactPCI在一段時期內較難進入主流市場。因此研祥針對這種情況推出EVOC-EPI 1.0總線，從而延續了IPC工控機的生命力。 3. EVOC-EPI總線架構工控機 3.1 EVOC-EPI總線特性： EVOC-EPI 1.0總線在電氣信號特性上延續PICMG 1.0標準總線技術，在接插連接方式上采用2對120和90針或孔的歐洲卡式機械結構連接器，每對連接器都是由三排針或孔組成的，具有高氣密性、防腐性，進一步提高了工控機可靠性，提升了系統抗振動和沖擊能力，最大限度地避免了由于振動引起系統故障。 在功能上，從實現整機功能的系統級出發，對原有總線信號進行補充，使之在系統實現上更具靈活性和擴展性。 （圖 一） 3.2 傳統 PICMG PIC/ISA總線金手指連接方式固有的缺陷： 1. 隨著硬件平臺性能的提升，功耗也隨之不斷增大。 固定在CPU卡上散熱系統的重量也不可避免的加大，造成CPU卡重心不穩，易引起CPU卡的印制板變形、斷線、接觸不良等問題，造成工作不穩定等; 2.傳統的PICMG1.0規范中，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彈片的擠壓，在振動和沖擊過程中瞬間接觸不良，引起系統死機。 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境中長期使用，容易氧化或腐蝕，造成系統接觸不良。 4. PCIMG1.0規范的適用對象為采用AT電源的平臺，隨著市場需求的多樣化,越來越多的廠商要求總線擴展支持AT/ATX的雙電源模式。 5.PICMG1.0 規范所支持的PCI規范為2.0版，無法滿足帶喚醒功能的PCI擴展卡對系統平臺的電源管理。另外，PICMG1.0不支持SMBUS總線，使總線在主板對各擴展子卡進行管理的通信方式上靈活性不足。 6. 做為一個整機系統，主板有多個監控信號需要與安裝在機箱前面板或者后面板的板卡相連。符合傳統PICMG1.0規范的整機系統，所采用線連的方式。 造成機箱內走線錯綜復雜，降低了整機的散熱性能和裝配性，從而對整機系統穩定性造成較大的影響。 （圖 二） 3.3 EVOC-EPI總線的優勢 1. EVOC-EPI總線在結構上是CPU板和底板采用歐式連接器，每對連接器都是通過高密度和氣密性針孔連接器互連，信號引腳成360°接觸，從而提升了系統抗振動和沖擊能力，最大限度地避免了由于振動引起系統故障;信號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，從而提升了系統長時間運行的可靠性。 （圖 三） 2. EVOC-EPI總線，可支持擴展子卡PME#電源管理功能、增加SMBus總線，使整機系統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CPU卡進行供電。同時增加ATX的電源的PS_ON等控制信號。使總線能夠支持AT/ATX電源模式。 4.EVOC-EPI總線增加了機箱面板按鈕，指示燈，報警等系統監控信號，通過總線將這些信號在底板上進行靈活的擴展。根據不同整機的內部結構，修改底板監控信號接口的布局，保證機箱內部的低密度走線，優化了系統的散熱性能。 5.EVOC-EPI總線在信號分布上優先考慮高速信號的走線。縮短了底板上PCI信號從總線擴展槽到子卡的走線長度，減少了傳輸線上分布電容對信號完整性帶來的影響，PCI信號質量得到較大的改善，提高了系統的可靠性。（底板圖 四） （底板 圖 四） 4.EVOC-EPI總線架構工控機整體可靠性 EVOC-EPI總線架構工控機在繼承了PICMG1.0標準架構易維護性、易擴展性的基礎上，特別注重對整機系統可靠性、易維護性，總線擴展性的提升。從下圖（ 圖五）的研祥4U IPC工控機可以看出。在抗震方面， CPU板與底板采用歐式連接器進行連接，CPU板上還有兩根防震壓條，從而避免了因振動時CPU板與底板接觸不良造成系統工作不穩定。同時整機前面板位置安裝兩個風扇，分別放置在主板前端和硬盤驅架前端。在前面板上安裝溫控模塊，實時顯示CPU和系統溫度，還能設置溫度超報警功能。同時由于機箱內的低密度走線，保證了散熱風道的順暢，從而保證系統優異的散熱性和穩定性。在易維護性方面，由于CPU卡的監控信號通過擴展總線與底板上的接口排針連接，板上不需要預留與監控板連線的排針, 在更換CPU卡時更加便捷,節約了系統的維護時間。在總線功能性擴展方面，EVOC-EPI總線完全支持PME#電源管理、SMBus總線，方便系統對機箱內的板卡通過軟件進行管理。EVOC-EPI總線從系統級對以往傳統規范的工控機進行優化，使之在目前工控機所要求的整體可靠性及功能完整性的基礎上，更加適應不斷發展的計算機硬件平臺技術的需要。 （整機 圖 五） 5.結束 隨著計算機技術的不斷發展，人們對計算機技術在工業化生產過程中的應用既要求性能及穩定性越來越高，當前基于PICMG1.0標準架構下的IPC工控機，隨著計算機性能不斷提高以及在特殊環境下的應用已經是不堪重負了。研祥公司針對此類問題，不斷的在自身的產品上做出創新地改進，在基于PICMG1.0標準架構上創造性的作出了EVOC-EPI 1.0總線標準。使之IPC工控機的生命力得以延續，讓穩定可靠IPC工控機廣泛應用于現代工業自動化領域，為實現國家信息化帶動自動化的目標，作出應有貢獻。 |
