基于CPCI总线的加固计算机设计

时间：2010-12-21

摘要：介绍了CPCI总线的概念及特点，并介绍了用CPCI板卡CPCI-3915、MIC-3612、CBP-3206设计的加固计算机。试验和使用结果表明：该产品设计合理，工作稳定，性能良好，性价比高，其可靠性、可维性均比以往的产品有了很大的提高，完全满足恶劣环境下使用的要求。

　　0 引言

　　随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，加固计算机技术也日趋成熟。加固计算机是工作在恶劣环境下的设备，为适应不断变化的工作环境和应用环境，它对计算机总线技术及相关产品的开放性、扩展性、可靠性、可维性的要求很高。目前，CPCI技术已广泛且成功地应用到了许多行业，相关的产品大量涌现，到目前为止，无论是生产厂家的数量、产品的种类和数量，还是系统应用的数量都得到了大幅度增长，越来越多的项目转向CPCI解决方案。基于以上考虑，我们选用 CPCI总线技术及相关产品作为加固计算机的开发平台。

　　1 关于CPCI

　　1．1 CPCI的含义

　　CPCI的全称为Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)，中文又称紧凑型PCI，是国际工业计算机制造者联合会(PCI Industrial Computer Manufecmrers Group，简称PICMG)于1994提出来的一种总线接口标准。是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。CPCI的CPU及外设同标准PCI是相同的，并且CPCI系统使用与传统PCI系统相同的芯片、防火墙和相关软件。从根本上说，它们是一致的，因此操作系统、驱动和应用程序都感觉不到两者的区别，将一个标准PCI插卡转化成CPCI插卡几乎不需重新设计，只要物理上重新分配一下即可。

　　换言之，CPCI总线=PCI总线的电气规范+标准针孔连接器(IEC-107*-101)+欧洲卡规范(IEC297／IEEE 1011．1)。

　　1．2 CPCI的特点

　　1．2．1 开放的总线技术

　　CPCI技术架构在一个更加开放、标准的平台上，有利于各类系统集成商、设备供应商提供更加便捷快速的增值服务，为用户提供更高性价比的产品和解决方案。

　　1．2．2 可靠的欧洲卡结构

　　CPCI抛弃PCI的传统机械结构，改用经过20年实践检验了的高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件，提高了抗振动冲击能力，符合电磁兼容性要求。

　　1．2．3 灵活的连接方式

　　CPCI抛弃了IPC的金手指式互连方式，改用欧式连接器(即2 mm密度的针孔连接器)，具有气密性、防腐性、可靠性、高负载能力，为现代系列设计提供了无可比拟的性能和灵活性。

　　1．2．4 高效的热插拔技术

　　CPCI技术中突出、吸引力的特点是热插拔(Hot Swap)。简言之，就是在运行系统没有断电的条件下，拔出或插入功能模板，而不破坏系统的正常工作的一种技术。它的实现是：在结构上采用三种不同长度的引脚插针，使得模板插入或拔出时，电源和接地、PCI总线信号、热插拔启动信号按序进行。

　　1．3 关于CPCI市场

　　CPCI产品在国内发展很快，有自主产品的厂家已经发展到数十家，其中凌华科技为工业自动化产业提供了从CPU主板、机箱、电源到I／O的全系列完整解决方案。此外，还有研华、致茂科技、北京康拓科技集团、七—六所、七0七所、电子部上海32所等厂商，都可以研制和生产具有技术的系统平台产品。

　　2 CPCI在加固计算机中的应用实例

　　下面是我们为某产品研制的以CPCI板卡为主构成的加固计算机。

　　2．1 系统框圈

　　用CPCI板卡设计的计算机系统框图见图1。

图1 用 CPC I板卡设计的计算机系统

　　2．2 主板CPCI-3915特性

　　2．2．1 处理器系统

　　速度：2．0 GHs；

　　二级缓冲：1MB／2MB；

　　2．2．2 内存

　　规格：单条n0n-ECC DDR2 400／533 SODLMM；

　　容量：2 GB。

　　2．2．3 I／O接口

　　串口：2个(RS-232)；(COM1和COM2)(DB-9)

　　USB口：3个(USB2．O)；前面板两个，背板1个。

　　PS／2口：1个；

　　Serial ATA口：1个；

　　IDE口：1个；

　　网口：2个：

　　VGA口：1个。显示分辨率：2048×1536(CRT)。

　　2．2．4 显示

　　Intel915ME芯片组集成显卡。

　　前面板上模拟CRT端口，支持2048×1 536分辨率；

　　后板上DVI-1端口，带模拟和数字信号；

　　背板模块上1×18bps LVDS端口。

　　2．3 串口扩展板MIC-3612特性

　　可扩展出4个通讯口RS-232／RS-422／RS-485；

　　标准3U／6U尺寸；

　　和PCI 2．1兼容；

　　速度可达921．6 K

　　由PCI即插即用自动分配地址；

　　支持Windows 98／Windows 2000／Windows NT／WindowsXP操作系统。

　　浪涌保护(25OOVDC)。

　　2．4 背板CBP-3206-3612特性

　　标准3U高度

　　32-bit／33MH

　　可选择后走线。

　　2．5 关于框图的说明

　　2．5．1 板卡的安装

　　由框图可见，该系统主要由主板CPCI-3915(由凌华公司生产)、串口扩展板MIC-3612(由研华公司生产)、背板CBP-3206(由凌华公司生产)及其它外部设备构成。

　　三个CPCI板卡被安装在一个经精心设计的3U机箱上，背板CBP-3206在机箱的后方，它有六个总线插座，和这六个总线插座相垂直，机箱有六个插槽，主板CPCI-3915和串口扩展板MIC-3612占据其中的两个插槽，其它的四个插槽则预留给用户开发。

　　主板和串口扩展板插入机箱后用螺钉拧紧，这样，三块板卡的总线紧密接触，完全吻合，三个板卡被牢牢地固定在机箱上，且顶端和底部均有导轨支持。前面板紧固装置将前面板与周围的机架安全地固定在一起。卡与槽的连接部分通过针孔连接器紧密地连接。由于卡的四面均将其牢牢地固定在其位置上，因此即使在剧烈的冲击和震动场合，也能保证持久连接而不会接触不良。

　　这正是CPCI技术的长处，以往的板卡安装没有可靠而安全的技术支持，插在其中的板卡只能固定于一点(如PCI技术中的金手指连接)。卡的顶端和底部也没有导轨支持，因此卡与槽的连接处、插头与插座的连接处都容易在震动中接触不良，造成不良后果。

　　2．5．2 操作系统的安装和系统的快速恢复

　　出于加固的考虑，框图中采用80G宽温抗震硬盘和4G宽温电子盘。

　　操作系统是加固计算机的所在，要确实保证它的安全，当不可抗拒的原因使计算机的操作系统发生崩溃时，要用有效的方法在短的时间内恢复。

　　出于上述考虑，在两个盘中都分别安装了Windows 2000操作系统，当其中的一个发生故障时，可以快速地切换到另一个。

　　另外，做了对操作系统的备份，当系统崩溃时，可通过简单的操作，迅速地将系统恢复，这些操作均不用打开机盖，只需用鼠标和键盘操作就可以了。

　　2．5．3 显示器

　　框图中的显示器采用15英寸平板液晶显示器，它由散件显示屏、控制板、逆变器整合加固而成，在显示屏的前面，安装兼有加热和屏蔽功能的玻璃，箱体内的除雾电路可对其加热除雾。

　　2．5．4 技术指标

　　框图所示加固计算机的技术指标见表1。

表1 框图所示加固计算机技术指标