嵌入式工控机技术未来的发展趋势
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发表时间2015-05-08 15:12:26
嵌入式工控机技术未来的发展趋势。
各种总线的嵌入式工控机向高性能、高可靠方向发展
1、加固性ISA/PCI总线工控机仍然占有一定的市场份额
现在工业控制机已经发生了很大的变化,过去专用的封闭式的架构迅速被PC技术的开放式架构所取代,其中重要的原因之一就是软件的兼容性。工业控制机用户过去和现在都希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具,这就导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。然而,桌面PC机技术是面向每年2000亿美元的商用机市场的,而不是相对比较小的工业计算机市场的,它不具备工业性能:抗强震动、冲击、高温、潮湿和具有快速修复能力。由桌面PC技术衍生的ISA总线加固型计算机在工业上得到了相当广泛的应用。
1992年6月,Intel公司开发了快 速的开放式PCI总线规范,作为局部和低层次的内部处理器总线。在两年之内几乎每个处理器制造商都将PCI作为计算机内部芯片互连总线,而且自然地发展 成了板互连总线。1995年6月PCISIG正式公布了PCI局部总线规范2.1版,同时PICMG推出了个标准PCI/ISA无源背板总线标准, 这样,加固性PCI/ISA总线工控机问世了。目前,PCI/ISA工控机主要制造商有:TexasMicrosystems、 TeknorIndustrialComputers、IndustrialComputerSource、TrentonTerminals、I- Bus以及台湾的衍扬(AAEON)、研华(ADVANTEC)、磐仪(Arbor)、大众、北京康拓等公司。
虽然加固型工控机对基于 大母板的桌面机进行了工业化改造,但其背板技术仍然存在许多缺点:不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸和有限的PCI插槽数(大4个)等。 虽然可维护性和可靠性得到了改进,但仍然不能满足工业控制要求。目前PCI/ISA工控机主要做控制系统的检测和管理机使用。
2、CompactPCI总线工控机仍然是工控机中的贵族产品
基于Wintel架构的CPCI总线工控机,是为高可靠性应用而设计的,其低价位、高可靠、热插拔、热切换、多处理器能力等特点在设计之初就引起了可靠性要求较高的电信和工业自动化工 业领域的普遍关注。在电信和工业自动化领域,PCI/ISA工控机由于可靠性低和可维护性差等原因,应用的数量很小,市场急需满足应用要求的新产品问世。 由于CPCI总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题,加上工控机设计者一般都掌握基于PC的嵌入式软硬件设计技术,而且基于Microsoft的软 件和开发工具的价位比较低,所以,CPCI工控机得以迅速打入嵌入式产品市场。但相对于PCI/ISA加固型工控机而言,由于总体成本高、技术开发难度 大、模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素,CPCI工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用。相反,电信行业要求制造商提供开放式架构和快速投放市场产品,而产品快速投放市场的能力主要取决于软件而不是硬件。在这方面, 由于CPCI工控机采用PC技术,具有丰富而廉价的软件资源,其操作系统WINDOWSNT又是IPAIN的理想开发平台,加上热插拔和热切换能力,恰好 与电信要求相一致,因此被广泛应用。
由于CPCI总线工控机只有象Motorola、SunMicrosystems、 ForceComputers和Ziatech这样的大公司支持,而且,不同公司的无源背板定义并不完全统一导致不能互操作,其规模和产品竞争能力也受到 限制,价位还偏高,其市场占有率还不大,目前仍然处于贵族产品阶段,需要进一步进行大众化开发。
CPCI技术将进一步融合USB和 1394技术,并通过PCI-USB和PCI-1394的bridge进行转换。Intel和Microsoft公司认为:通过插卡的方式增强PC功能的 时代就要结束了。未来的PC机将从并行插卡式总线转移到串行接口总线,达到互连和扩展外设的目的。USB和IEEE-1394就是两种低成本的串行接口总 线,仅需要几根连接电缆,可以嵌入到CPU内部运行。USB和1394是今天的技术,由自动配置软件(WindowsNTv5.0)和热插拔硬件支持。作 为串行总线,USB和1394的传输速率可达到Gbits/sec的数量。
通过增加触发信号、局部总线和系统同步时钟等措 施,CPCI扩展为高性能的仪表总线PXI(CompactPCIeXtensionsforInstrumentation)。PXI总线工控机是一种 仪表计算机平台,具有CPCI总线的所有优点,同时,定义的软件和硬件规范又实现了产品完全互操作。
3、PC/104总线工控机通过PC/104-Plus向高性能方向发展
在80年代末,AmproComputers发明了PC/104总线。1992年3月PC/104总线联合会发布了PC/104规范1.0版,几经修 改,于1996年6月公布了PC/104规范3.2版。PC/104总线采用自层迭互连方式和3.6inx3.8in的小板结构,抛弃了PC机的大母板, 使其更适合在尺寸和空间受到限制的嵌入式环境中使用,如消费类电子产品:洗衣机、烘干机、洗碗机、收款机等。近来,由于紧凑加固性设计的PC/104工控 机在加固产品中开始采用,如火箭、导弹和战斗机等。
虽然PC/104总线工控机的功耗低,但其驱动能力差(4mA),其扩展能力和维护性也受到限制,使其在工业过程控制和自动化领域的应用范围受到局限。
4、STD总线工控机采用单片PC技术升ALL-IN-ONECPU板
STD总线在1978年早由Pro-Log公司作为工业标准发明的,由STDGM制定为STD-80规范,随后被批准为国际标准IEE961。 STD-80/MPX作为STD-80追加标准,支持多主系统。STD总线工控机是工业型计算机,STD总线的16位总线性能 满足嵌入式和实时性应用要求,特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/OOEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性 和良好的可维护性设计,使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。
5、STD32总线工控机技术更好地发挥了32位计算机的性能
自从1978年STD总线问世以来,STD总线工控机已经被证明是工业控制实现的主力军。随着技术的进步,原来被工业用户所认同STD-80标准已经难 以满足要求。1990年9月,STD32MG公布STD32规范1.0版。STD32具有32位数据宽度,32位寻址能力,是工业型的高端计算机。 STD32总线兼容STD-80规范,产品可以互操作。
众所周知,总线的力量不在于其理论上多么先进,而在于为这种总线研制的OEM模 板的数量和种类的丰富程度。STD32总线工控机由众多的OEM制造商支持,既可以采用已经投放市场的丰富的STD总线I/O模板,也可以采用由 STD32产品制造商不断推向市场的STD32总线I/O模板,以及其它与PC兼容的资源,组成工业控制系统。STD32总线支持热切换和多主系统,满足 工业控制冗余设计要求。
STD32总线在保留简单控制总线特点的同时,采用了今天的先进技术设计OEM产品,如80486和 Pentium系列处理器技术。Ziatech公司的ZT8902486DX4-100M单板计算机(SBC);ZT8908SBC,采用Pentium 系列和AMD-K6处理器。VersaLogic公司的VL-568-1SBC,采用AMD5x86-133M处理器,带有PC/104-Plus扩展总 线,允许PC/104或PC/104-Plus模板直接插在板上运行,如高速显示卡等。STD32工控机还可以直接和工业现场总线接口,如SST(Waterloo,Canada)公司的板卡支持Profibus、DeviceNet、ControlNet接口,以及RockwellAutomation(A-B)、Seimens和Modicon等公司产品的网络接口。
6、AT96总线技术承前启后,将开创工控机应用的新时代
为了将ISA总线PC机应用在恶劣的工业环境中,1994年由德国SIEMENS公司发起制定了AT96总线欧洲卡标准,并在欧洲得 到了推广应用。AT96总线=ISA总线电气规范+96芯针孔连接器+欧洲卡规范。 AT96总线工控机消除了模板之间的边缘金手指连接,具有抗强震动和冲击能力;其16位数据总线、24位寻址能力、高可靠性和良好的可维护性,更适合在恶劣工业环境中应用。
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各种总线的嵌入式工控机向高性能、高可靠方向发展
1、加固性ISA/PCI总线工控机仍然占有一定的市场份额
现在工业控制机已经发生了很大的变化,过去专用的封闭式的架构迅速被PC技术的开放式架构所取代,其中重要的原因之一就是软件的兼容性。工业控制机用户过去和现在都希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具,这就导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。然而,桌面PC机技术是面向每年2000亿美元的商用机市场的,而不是相对比较小的工业计算机市场的,它不具备工业性能:抗强震动、冲击、高温、潮湿和具有快速修复能力。由桌面PC技术衍生的ISA总线加固型计算机在工业上得到了相当广泛的应用。
1992年6月,Intel公司开发了快 速的开放式PCI总线规范,作为局部和低层次的内部处理器总线。在两年之内几乎每个处理器制造商都将PCI作为计算机内部芯片互连总线,而且自然地发展 成了板互连总线。1995年6月PCISIG正式公布了PCI局部总线规范2.1版,同时PICMG推出了个标准PCI/ISA无源背板总线标准, 这样,加固性PCI/ISA总线工控机问世了。目前,PCI/ISA工控机主要制造商有:TexasMicrosystems、 TeknorIndustrialComputers、IndustrialComputerSource、TrentonTerminals、I- Bus以及台湾的衍扬(AAEON)、研华(ADVANTEC)、磐仪(Arbor)、大众、北京康拓等公司。
虽然加固型工控机对基于 大母板的桌面机进行了工业化改造,但其背板技术仍然存在许多缺点:不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸和有限的PCI插槽数(大4个)等。 虽然可维护性和可靠性得到了改进,但仍然不能满足工业控制要求。目前PCI/ISA工控机主要做控制系统的检测和管理机使用。
2、CompactPCI总线工控机仍然是工控机中的贵族产品
基于Wintel架构的CPCI总线工控机,是为高可靠性应用而设计的,其低价位、高可靠、热插拔、热切换、多处理器能力等特点在设计之初就引起了可靠性要求较高的电信和工业自动化工 业领域的普遍关注。在电信和工业自动化领域,PCI/ISA工控机由于可靠性低和可维护性差等原因,应用的数量很小,市场急需满足应用要求的新产品问世。 由于CPCI总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题,加上工控机设计者一般都掌握基于PC的嵌入式软硬件设计技术,而且基于Microsoft的软 件和开发工具的价位比较低,所以,CPCI工控机得以迅速打入嵌入式产品市场。但相对于PCI/ISA加固型工控机而言,由于总体成本高、技术开发难度 大、模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素,CPCI工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用。相反,电信行业要求制造商提供开放式架构和快速投放市场产品,而产品快速投放市场的能力主要取决于软件而不是硬件。在这方面, 由于CPCI工控机采用PC技术,具有丰富而廉价的软件资源,其操作系统WINDOWSNT又是IPAIN的理想开发平台,加上热插拔和热切换能力,恰好 与电信要求相一致,因此被广泛应用。
由于CPCI总线工控机只有象Motorola、SunMicrosystems、 ForceComputers和Ziatech这样的大公司支持,而且,不同公司的无源背板定义并不完全统一导致不能互操作,其规模和产品竞争能力也受到 限制,价位还偏高,其市场占有率还不大,目前仍然处于贵族产品阶段,需要进一步进行大众化开发。
CPCI技术将进一步融合USB和 1394技术,并通过PCI-USB和PCI-1394的bridge进行转换。Intel和Microsoft公司认为:通过插卡的方式增强PC功能的 时代就要结束了。未来的PC机将从并行插卡式总线转移到串行接口总线,达到互连和扩展外设的目的。USB和IEEE-1394就是两种低成本的串行接口总 线,仅需要几根连接电缆,可以嵌入到CPU内部运行。USB和1394是今天的技术,由自动配置软件(WindowsNTv5.0)和热插拔硬件支持。作 为串行总线,USB和1394的传输速率可达到Gbits/sec的数量。
通过增加触发信号、局部总线和系统同步时钟等措 施,CPCI扩展为高性能的仪表总线PXI(CompactPCIeXtensionsforInstrumentation)。PXI总线工控机是一种 仪表计算机平台,具有CPCI总线的所有优点,同时,定义的软件和硬件规范又实现了产品完全互操作。
3、PC/104总线工控机通过PC/104-Plus向高性能方向发展
在80年代末,AmproComputers发明了PC/104总线。1992年3月PC/104总线联合会发布了PC/104规范1.0版,几经修 改,于1996年6月公布了PC/104规范3.2版。PC/104总线采用自层迭互连方式和3.6inx3.8in的小板结构,抛弃了PC机的大母板, 使其更适合在尺寸和空间受到限制的嵌入式环境中使用,如消费类电子产品:洗衣机、烘干机、洗碗机、收款机等。近来,由于紧凑加固性设计的PC/104工控 机在加固产品中开始采用,如火箭、导弹和战斗机等。
虽然PC/104总线工控机的功耗低,但其驱动能力差(4mA),其扩展能力和维护性也受到限制,使其在工业过程控制和自动化领域的应用范围受到局限。
4、STD总线工控机采用单片PC技术升ALL-IN-ONECPU板
STD总线在1978年早由Pro-Log公司作为工业标准发明的,由STDGM制定为STD-80规范,随后被批准为国际标准IEE961。 STD-80/MPX作为STD-80追加标准,支持多主系统。STD总线工控机是工业型计算机,STD总线的16位总线性能 满足嵌入式和实时性应用要求,特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/OOEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性 和良好的可维护性设计,使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。
5、STD32总线工控机技术更好地发挥了32位计算机的性能
自从1978年STD总线问世以来,STD总线工控机已经被证明是工业控制实现的主力军。随着技术的进步,原来被工业用户所认同STD-80标准已经难 以满足要求。1990年9月,STD32MG公布STD32规范1.0版。STD32具有32位数据宽度,32位寻址能力,是工业型的高端计算机。 STD32总线兼容STD-80规范,产品可以互操作。
众所周知,总线的力量不在于其理论上多么先进,而在于为这种总线研制的OEM模 板的数量和种类的丰富程度。STD32总线工控机由众多的OEM制造商支持,既可以采用已经投放市场的丰富的STD总线I/O模板,也可以采用由 STD32产品制造商不断推向市场的STD32总线I/O模板,以及其它与PC兼容的资源,组成工业控制系统。STD32总线支持热切换和多主系统,满足 工业控制冗余设计要求。
STD32总线在保留简单控制总线特点的同时,采用了今天的先进技术设计OEM产品,如80486和 Pentium系列处理器技术。Ziatech公司的ZT8902486DX4-100M单板计算机(SBC);ZT8908SBC,采用Pentium 系列和AMD-K6处理器。VersaLogic公司的VL-568-1SBC,采用AMD5x86-133M处理器,带有PC/104-Plus扩展总 线,允许PC/104或PC/104-Plus模板直接插在板上运行,如高速显示卡等。STD32工控机还可以直接和工业现场总线接口,如SST(Waterloo,Canada)公司的板卡支持Profibus、DeviceNet、ControlNet接口,以及RockwellAutomation(A-B)、Seimens和Modicon等公司产品的网络接口。
6、AT96总线技术承前启后,将开创工控机应用的新时代
为了将ISA总线PC机应用在恶劣的工业环境中,1994年由德国SIEMENS公司发起制定了AT96总线欧洲卡标准,并在欧洲得 到了推广应用。AT96总线=ISA总线电气规范+96芯针孔连接器+欧洲卡规范。 AT96总线工控机消除了模板之间的边缘金手指连接,具有抗强震动和冲击能力;其16位数据总线、24位寻址能力、高可靠性和良好的可维护性,更适合在恶劣工业环境中应用。
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