基于EVOC-EPI總線的工控機(jī)特性及可靠性分析
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工業(yè)控制計算機(jī)是工業(yè)自動化設(shè)備和信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的核心。傳統(tǒng)意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過程的測量、控制和管理的計算機(jī)統(tǒng)稱為工業(yè)控制計算機(jī)，包括計算機(jī)和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業(yè)控制計算機(jī)的內(nèi)涵已經(jīng)遠(yuǎn)不止這些，其應(yīng)用范圍也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工業(yè)過程控制。因此，工業(yè)控制計算機(jī)是“應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域、具有惡劣環(huán)境適應(yīng)能力、能長期穩(wěn)定工作的加固計算機(jī)”，簡稱“工控機(jī)”。
2 PICMG PIC/ISA總線IPC工控機(jī)的由來
中國工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了上世紀(jì)80年代的第一代STD總線工控機(jī)，90年代的第二代IPC工控機(jī)，IPC工控機(jī)是基于無源底板的系統(tǒng)的發(fā)展一直受到改善平均修復(fù)時間和提供系統(tǒng)升級的便利途徑的愿望驅(qū)動下產(chǎn)生，因這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復(fù)簡單而停機(jī)時間最少。還有一原因是伴隨著PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而得到了長足的發(fā)展，IPC工控機(jī)解決了低成本以及和PC軟硬件兼容性問題；實(shí)踐證明：可靠而廉價的工控機(jī)適合中國國情。
早在1994年，PICMG組織及時在無源底板結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入了PCI技術(shù)，制定了基于ISA/PCI技術(shù)的PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)。PICMG1.0標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下的系統(tǒng)主要有如下的優(yōu)點(diǎn)：
1.系統(tǒng)更新和修復(fù)時間短；
2.具有極佳的擴(kuò)展性；
3.有助于整體系統(tǒng)的散熱特性。
但經(jīng)過長時間的應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)底板加插卡的物理架構(gòu)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(yīng)那些具有腐蝕性和振動性的環(huán)境下。同時由于計算機(jī)硬件平臺技術(shù)的發(fā)展，需要對原有總線的功能進(jìn)行豐富。對于這些情況，業(yè)界推出了基于PICMG2.0規(guī)范的 CompactPCI技術(shù)，但由于價格、開發(fā)難度等因素，CompactPCI在一段時期內(nèi)較難進(jìn)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(xù)了IPC工控機(jī)的生命力。
3 EVOC-EPI總線架構(gòu)工控機(jī)
3.1 EVOC-EPI總線特性
EVOC-EPI 1.0總線在電氣信號特性上延續(xù)PICMG 1.0標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)，在接插連接方式上采用2對120和90針或孔的歐洲卡式機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jìn)一步提高了工控機(jī)可靠性，提升了系統(tǒng)抗振動和沖擊能力，最大限度地避免了由于振動引起系統(tǒng)故障。
在功能上，從實(shí)現(xiàn)整機(jī)功能的系統(tǒng)級出發(fā)，對原有總線信號進(jìn)行補(bǔ)充，使之在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上更具靈活性和擴(kuò)展性。
圖1
3.2 傳統(tǒng) 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(tǒng)的重量也不可避免的加大，造成CPU卡重心不穩(wěn)，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(wěn)定等。
2.傳統(tǒng)的PICMG1.0規(guī)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(cè)彈片的擠壓，在振動和沖擊過程中瞬間接觸不良，引起系統(tǒng)死機(jī)。
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(huán)境中長期使用，容易氧化或腐蝕，造成系統(tǒng)接觸不良。
4. PCIMG1.0規(guī)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(kuò)展支持AT/ATX的雙電源模式。
5.PICMG1.0 規(guī)范所支持的PCI規(guī)范為2.0版，無法滿足帶喚醒功能的PCI擴(kuò)展卡對系統(tǒng)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(kuò)展子卡進(jìn)行管理的通信方式上靈活性不足。
6. 做為一個整機(jī)系統(tǒng)，主板有多個監(jiān)控信號需要與安裝在機(jī)箱前面板或者后面板的板卡相連。符合傳統(tǒng)PICMG1.0規(guī)范的整機(jī)系統(tǒng)，所采用線連的方式。
造成機(jī)箱內(nèi)走線錯綜復(fù)雜，降低了整機(jī)的散熱性能和裝配性，從而對整機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成較大的影響。
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