PICMG规范简介

2005年11月14日星期一1PICMG规范简介李侃2005年11月14日星期一2内容大纲9PC总线的演进9PICMG1.xPCI/ISA/PIC-X无源背板规范9PICMG2.xCompactPCI规范9CompactPCIExpress&PXIExpress2005年11月14日星期一3工业计算机总线标准的发展趋势ISAVMEVXICompactPCI®PXI量测领域现场应用高可靠应用PICMG2005年11月14日星期一4工业计算机总线标准的发展趋势PCI-ExpressPXI-ExpressCompactPCI-Express2005年11月14日星期一5ISABus(IndustrialStandardArchitecture)„机械结构–标准ISA卡片„总线接头–两段金手指插槽,1段提供8位总线，另一段提供16位总线。„扩展性–受到电源驱动和总线驱动限制，通常可以驱动8片卡，昀多20片„带宽-16bit@8MB/s„OS支持：DOS,win9x,NT。开发工具众多2005年11月14日星期一6VMEBus(VersaModule-Eurocard）„卡片尺寸-3U和6UEurocard(IEEE-1101)„连接头-96针孔连接头(DIN41612)„扩展性–昀多21个槽位„总线性能–VME:40MB/s，VME64:80MB/s,VME320:320MB/s„OS支持：UNIX、VxWorks、PSOS。OS制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序。„VME的组织-VITA,VMEbusIntl.TradeAssociation总线„VME总线在仪器仪表领域的扩展„1987年VXI总线联合会成立，其目标是定义板级仪器标准。„4种卡片规格：：VXIA（3.9inx6.3）、VXIB（in9.2inx6.3in）、VXIC（9.2inx13.4in），VXID（14.4inx13.4in）„OS支持：DOS，windows，Unix„VXI总线工控机制造商希望兼容主流计算机市场提供的丰富而廉价的应用软件开发工具包、外设和驱动软件2005年11月14日星期一8PCIBus(PeripheralComponentInterconnect)„连接头–金手指,120pins/32bit,184pins/64bit„扩展性–昀多10个负载或5个槽位„总线–32位或64位„中断–4个中断，可以共享„带宽-132MB/s@33MHz/32bit,512MB/s@66MHz/64bit,1064MB/s@133MHz/64bitPCI-X„OS支持：DOS，windows，Linux,开发工具众多„PCI组织-PCISIG,PCISpecialInterestGroup„串行总线„低电压差分信号„多种灵活的传输方式:x1x4x8…x32„2.5GHz总线频率(未来5GHz)„总线带宽昀高可达16GB/sCPUI/OI/OI/OCPUCPUCPUSWITCHI/OI/OI/OTreeNetwork2005年11月14日星期一10PCIExpressBus„每个信道包含2个频率为2.5GHz差分传输信号对--具有独立的发送和接受信号线--具有500MB/s的传输速度„多个信道同时传输数据可以极大提高系统带宽--x1500MB/s--x42GB/s--x84GB/s--x168GB/s„第二代PCI-Express的总线频率将达到5GHz--总线带宽提高一倍--PCI-Express芯片自动判断是否运行5GHzor2.5GHz--2006~2007推出CPUI/OTXRXX1信道2005年11月14日星期一11高可靠应用对总线的要求？„总线是否适应现场应用要求（抗震，散热，易维护性……)„卡片的尺寸（所能用卡片的大小、面积）„数据传输效率（总线所支持的昀大传输速率）„功率消耗（单个卡片的昀大功率消耗）2005年11月14日星期一12什么是PICMGPICMG(PCIIndustrialComputerManufacturersGroup)是一个由超过600家电信和工控厂家组成的联盟。PICMG致力于制定适合于电信和工业控制领域应用的高性能计算机。PICMG已制定的规范包括PCI/ISA结构的无缘背板,CompactPCI®，AdvancedTCA。2005年11月14日星期一13传统ISA/PCI大母板结构PCISlotsHosttoPCIbridge处理器PCI卡处理器¾不易维护¾不适合恶劣环境缺点：2005年11月14日星期一14PICMG1.0规范：无源背板PCISlots处理器HosttoPCIbridge独立PCI卡2005年11月14日星期一15PICMG1.0PCI–ISA无源背板规范„PICMG1.0PCI–ISA无源背板规范„PICMG的第一个规范„定义了卡片的尺寸和无源背板的规范„规范的简短介绍可见:年11月14日星期一16PICMG1.0规范比较„卡片尺寸„Size340mmx120mm=61in2„数据传输率„PCI=64bitx66MHz=4Gb/sec„卡片的昀大功率„50Watts0102030405060708090100Power(Watts)PICMG1.002,000,000,0004,000,000,0006,000,000,0008,000,000,00010,000,000,00012,000,000,00014,000,000,000DataTransport(bits/second)PICMG1.00102030405060708090100Size(mm2)2005年11月14日星期一17PICMG1.2PCI-X无源背板规范„PICMG1.2e-PCI-xPassiveBackplaneSpecification„PICMG1.0规范的扩展„1或2PCI-X总线„详细信息:年11月14日星期一18PICMG1.2规范比较„卡片尺寸„Size340mmx120mm=61in2„数据传输率„PCI-X=64bitx133MHz=8Gb/sec„卡片昀大功率„50WattsPICMG1.20102030405060708090100Power(Watts)PICMG1.0PICMG1.202,000,000,0004,000,000,0006,000,000,0008,000,000,00010,000,000,00012,000,000,00014,000,000,000DataTransport(bits/second)PICMG1.0PICMG1.20102030405060708090100Size(in2)2005年11月14日星期一19NuPRO-900APCI-XBusPCI-XBus2005年11月14日星期一20PICMG1.2背板PCI-X总线133/100/66MHz5V64bit33MHzPCI2005年11月14日星期一21PICMG1.3SHBExpress„SystemHostBoardPCIExpressSpecification„定义了和PICMG1.X一致的全长卡和半长卡尺寸„定义了主板和背板之间的PCIExpress信号„多种外围I/O信号(例如SATA,USB,Ethernet,IPMB,GeographicAddressing,SMBUS)可直接与背板相连2005年11月14日星期一22SHBExpress主板结构„SHBExpressCPU卡示意图EdgeConnectorsA&B定义了一个x4和两个x8PCIExpress信道,定义了5个PCIe的参考时钟EdgeConnectorC电源供应,I/O信号线2005年11月14日星期一23SHBExpress背板SHB槽PCIExpressI/O槽桥PCIExpress2005年11月14日星期一24工业计算机架构的革命化演变„除了无源背板之外的需求„卡片结构不够牢固„卡片的总线接头不够可靠„接头挡板空间受限„工业应用需要更高级别的稳定性„答案?„PICMG2.0CompactPCI2005年11月14日星期一25PICMG2.0CompactPCI规范„定义了3U(100mmby160mm)和6U(160mmby233mm)卡片尺寸„标准欧规卡尺寸(complieswithIEEE1101.1mechanicalstandards)„高密度2mmPin-and-SocketConnectors(IEC认证)„卡片垂直安装便于良好散热„牢固的卡片固定方式„非常好的抗震和抗冲击性„金属前面板„可以前后走线„标准机箱结构，众多机箱生产厂家„标准PCI控制芯片，生产量极大„支持热插拔功能„标准支持8个槽位，可以通过PCI桥接芯片扩展2005年11月14日星期一26PICMG2.0CompactPCI(6U)„6UCompactPCI(160mmby233mm)„目标市场:„电信领域应用„数据服务中心2005年11月14日星期一27PICMG2.0CompactPCI(3U)„3UCompactPCI(100mmby160mm)„卡片尺寸小，非常适合于:„工业控制„军工领域„嵌入式控制2005年11月14日星期一28PICMG2.0规范比较„卡片尺寸„Size6Ux180mm=57in2„数据传输率„64bitx133MHz=8Gb/sec„卡片昀大功率消耗„50WattsPICMG1.2PICMG2.00102030405060708090100Power(Watts)PICMG1.0PICMG1.2PICMG2.002,000,000,0004,000,000,0006,000,000,0008,000,000,00010,000,000,00012,000,000,00014,000,000,000DataTransport(bits/second)PICMG1.0PICMG1.2PICMG2.00102030405060708090100Size(in2)2005年11月14日星期一29CompactPCI核心规范Key5排高密度针孔连接+2排屏蔽32-bitPCI125个信号64-bitPCI扩展信号55Signals保留信号40Signals3Uor6UIEEE1101.10欧规卡结构2mmmetricconnector(IEC-1076-4)2005年11月14日星期一30CompactPCI®面板结构3UcPCIJ1J26UcPCIJ5J4J3J2J164-bitPCI32-bitPCIReservedReservedReserved64位PCI总线/后走线32位PCI总线32位PCI总线64位PCI总线用户保留用户保留用户保留附属总线用户I/O2005年11月14日星期一31CompactPCI®的8大优点¾抗振性好¾支持热插拔¾支持后走线¾散热好¾电气特性好¾防静电¾抗电磁干扰、抗腐蚀¾机箱深度浅，便于机柜安装2005年11月14日星期一32现场应用需要工控机具有较强的抗振性！„传统工控机抗震性能差，很大一部分故障是由于卡片跳出造成。„CompactPCI具有很强的抗振性。2005年11月14日星期一33螺钉TypicalPCCardPCI总线插槽传统PCI&PICMG1.0的固定结构2005年11月14日星期一34PCI卡片弹出典型示意图2005年11月14日星期一35CompactPCI®的固定方式前面板螺丝固定针孔连接头导轨导轨2005年11月14日星期一361.Compa