嵌入式工程師自學(xué)道路_嵌入式CPII系統(tǒng)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化解決方案

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嵌入式工程師自學(xué)道路_嵌入式CPII系統(tǒng)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化解決方案,   

  

一、引言

　　以標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)技術(shù)為核心的嵌入式系統(tǒng)，由于可以與各種各樣的復(fù)雜的設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，非常靈活地實現(xiàn)各種監(jiān)測、控制和管理功能，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域廣為接受并得到大力發(fā)展的產(chǎn)品和技術(shù)方案。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)對功能、性能和可靠性要求的不斷提高，高可靠性嵌入式系統(tǒng)作為新一代工業(yè)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)和產(chǎn)品，正在被越來越多的客戶和供應(yīng)商所關(guān)注，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方案層出不窮。

　　由PICMG（PCI Industrial Computer ManuFacturesGroup）制訂并大力倡導(dǎo)的 Compact PCI（CPCI）技術(shù)，由于沿襲了PCI成熟的、高性價比的、廣泛而容易獲取的軟硬件資源，并吸納和發(fā)展了VME的高可靠性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從面世的那天開始，就成為新一代高可靠性系統(tǒng)的首選設(shè)計方案，在高性能計算機(jī)／服務(wù)器、工業(yè)控制與自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備以及航空航天和軍事應(yīng)用領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

　　最近幾年，隨著國外著名計算機(jī)系統(tǒng)公司基于CPC的產(chǎn)品和方案的推廣以及PICMG／PRC對CPCI技術(shù)的宣傳，我國的工業(yè)控制領(lǐng)域，特別是中高端的應(yīng)用，正在越來越多地把CPCI應(yīng)用于高性能嵌入式系統(tǒng)之中。

　　由于高可靠性嵌入式CPCI系統(tǒng)具有許多與眾不同的特點和要求，因此從設(shè)計到生產(chǎn)到應(yīng)用服務(wù)都需要更為專業(yè)化的技術(shù)工藝和工程經(jīng)驗，本文從技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)幾個方面探討適合市場需要和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的解決方案。

　　二、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展

　　在信息化的今天，計算機(jī)已經(jīng)不再是僅僅完成計算功能的設(shè)備，它已經(jīng)成為無所不能、無處不在、與人類生活密切相關(guān)的東西。小到各種家用電器和通信終端的控制電路，大到航空航天飛機(jī)和工業(yè)自動化系統(tǒng)的控制中心，它們都是嵌入式的計算機(jī)系統(tǒng)。

　　嵌入式的計算機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)它們所控制設(shè)備的特點，會采用各種各樣的設(shè)計方法。從簡單的單片機(jī)、單板機(jī)到復(fù)雜的多CPU、多總線冗余結(jié)構(gòu)，都有可能成為嵌入式系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。

　　無論是簡單的嵌入式系統(tǒng)還是復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，隨著微電于技術(shù)和計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，每一階段都有不同于已往的產(chǎn)品實現(xiàn)方式。CPU從4位、 8位、16位、32位發(fā)展到64位，存儲器從幾百字節(jié)發(fā)展到幾百兆字節(jié)，通信接口的速度從幾百bPS發(fā)展到幾十GbPS，接口的數(shù)目也變得更多。這些都使嵌入式系統(tǒng)的性能得到了極大的提高，功能日益豐富。同時，高可靠性和高可用性在嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程中正在占據(jù)越來越重要的地位，成為設(shè)計和應(yīng)用的首要考慮因素，并且也已經(jīng)成為競爭對手之間互相較量的重點。

　　三、高可靠性嵌入式系統(tǒng)的特殊需求

　　高可靠性嵌入式系統(tǒng)的特殊需求，概括地用一句話來表示就是確保系統(tǒng)性能的可靠實現(xiàn)。主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

　�。�1） 足夠強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力

　�。�2） 足夠高的數(shù)據(jù)傳輸速度

　�。�3） 足夠多的外部連接接口

　�。�4） 安全而高效的系統(tǒng)管理機(jī)制

　　（5） 標(biāo)準(zhǔn)而可靠的系統(tǒng)連接方式

　�。�6） 易于維護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　�。�7） 良好的開放性和可擴(kuò)展性

　�。�8） 抗惡劣環(huán)境

　�。�9） 冗錯性強(qiáng)

　　高可靠性嵌入式系統(tǒng)，一般都選用先進(jìn)的高性能的處理器，在可能的情況下，盡可能采用比較高的系統(tǒng)工作頻率和總線寬度，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用要求可以配置足夠多的可以由用戶自由定義的I／O接口，從而，使系統(tǒng)具有比較高的性能。一個或多個系統(tǒng)管理設(shè)備以及安全而高效的軟硬件管理體制可以保證高可靠性嵌入式系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮和利用；在物理特征上，高可靠性嵌入式系統(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)而可靠的系統(tǒng)連接方式，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計和冗錯性設(shè)計，支持熱拔插、熱切換，以盡可能地縮短系統(tǒng)的不可用時間。同時，高可靠性嵌入式系統(tǒng)相對于一般的系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗惡劣環(huán)境工作能力，對高溫、高濕、震動、輻射；和腐蝕，都有良好的防護(hù)措施。

　　四、CPCI的技術(shù)特點與系統(tǒng)解決方案

　　ICPCI定義了33MHZ／32bit－66MHZ／64bit的總線結(jié)構(gòu)，信號傳輸速度高達(dá)528Mbyte/s。適應(yīng)當(dāng)今市場上各種主流的高性能處理器。一段CPCI總線可以連接一個系統(tǒng)設(shè)備和7個外圍設(shè)備，如果需要，可以通過橋接電路進(jìn)行擴(kuò)展。每一次擴(kuò)展都可以增加7個外圍設(shè)備。如果需要，通過CPCI總線可以十分方便地實現(xiàn)外圍設(shè)備的備份甚至系統(tǒng)設(shè)備的備份。同時，CPCI系統(tǒng)針對傳統(tǒng)電信領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展了CTBUS，針對網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展了PSB BUS，使它可以非常方便地與這兩個領(lǐng)域的設(shè)備結(jié)合在一起，實現(xiàn)嵌入式的應(yīng)用。