什么是PCI-104？

: xilinxue

2008-10-22

什么是PCI-104？为了弄清楚这个概念，让我们来看看堆栈型PC 的历史。最先产生的堆栈型PC 是带有104 针ISA 堆栈总线的PC/104，之后产生的PC/104+则是在104 针ISA 堆栈总线的另一侧增加了120 针的PCI 堆栈总线。而到了PCI-104，则去掉了104 针的ISA 堆栈总线，这就为嵌入式系统设计者在有限的板卡区域提供了更加充足的设计空间。
　　PCI-104 是一个崭新的名词。其实，“只带PCI 堆栈总线的PC/104+”这样的概念早在PC/104+出现的时候就已经存在了。国际PC/104 协会技术委员会早就预见了此类板卡的发展前景，但命名的方式却极为拗口。直到PC/104 协会技术委员会制定了全新的PCI-104 规范，PCI-104 这个新名词才第一次出现。
　　有些人可能会认为，PCI-104 的出现，将预示着ISA 总线的终结。这让我们回想起，在1992 年PC/104 规范发布的时候，也曾有人预言，ISA 总线的末日到了；到了1997 年，PC/104+规范发布的时候，又有人预言，ISA 总线即将消失。可是，直到现在，ISA 总线不是还在存在吗！
　　PCI-104 会取代PC/104 吗？也许会有这么一天。但在将来相当长的一段时间里，大多数嵌入式生产厂商仍将会继续生产PC/104 和PC/104+产品，以满足广大客户的需求。但我们需要未雨绸缪，我们需要着手为将来PCI-104 时代的到来做准备。让我们先来看看PCI-104 技术的优点。
　　PCI-104 和PC/104+相比，前者为嵌入式系统设计者提供了更加充裕的板卡空间。对每一位嵌入式系统设计人者而言，能够在有限的板卡上拥有更多的设计空间，就可以将更多的额外功能、连接器和其它特有的技术加入到整个系统中，从而优化和升级整个系统。
　　美国RTD 公司的SPM6020HR 是世界上第一块采用PCI-104 技术的嵌入式模块板。该模块板采用了TI 公司的第六代DSP 芯片TMS320C6202，通过PCI 总线可与主机通信。除了配备标准的SDRAM 和串口以外，它还自带启动闪存和电源接口。这些特点使得该模块板可以在不带CPU 模块板的情况下，实现独立运行。

　　单独一块DSP 模块板，无法发挥它特有的功能。它必须要和数据采集模块板结合起来，才能进行快速高效的数据采集、处理与传输。SPM6020 可以通过多种方式来传输数据。其一便是通过PCI 总线。许多数据采集卡和数据存储系统都支持这种传输方式。但这种方式也存在缺点，DSP 模块与系统中的其它设备共享PCI总线，效率较低，因为系统中的视频卡、硬盘控制器及以太网卡等都会大量占用PCI 总线，CPU 与南桥芯片之间也需要通过PCI 总线来交换数据。虽然在实际应用场合中能够使PCI 总线饱和的情况并不多（例外的情况是视频应用领域，这也是DSP 的一个重要应用领域），然而在实时的应用场合，总线的延迟时间却是极其重要的因素，甚至和总线的带宽一样至关重要。DSP 需要在特定的时间内完成特定的工作量，这些工作通常包括：数据采集、数据处理、数据传输结果等。如果数据在通过PCI 总线时，延迟时间过长（即便带宽满足），系统将崩溃。这种问题通常可以通过增加缓存来解决，但这种解决方法并不能从根本上解决问题。
　　PCI 总线的局限性还在于不能够脱离主机独立工作。DSP 模块与CPU 模块一起配合使用时，CPU 模块可以为DSP 模块提供PCI 时钟频率和逻辑仲裁信号。如果没有CPU 模块提供的这些信号，PCI 总线将无法工作。
　　另外一种传输方式是通过DSP 模块上自带的串口。这是一种比较好的方法。DSP 能够彻底发送和接受数据，即便是复杂的数据包也没有任何问题。串口通常适合于作数据传输，但配置起来却比较繁琐。任何数据采集卡上串口配置时，都需要设置采样率、选择数据通道等一系列繁琐工作。通常情况下，这些配置工作可以通过PCI 总线来完成，串口只用来传输数据。至少需要配置一个独立的串口。
　　当然，串口的数据传输率不高。DSP 模块板上自带的串口，其数据传输率不到100Mbps。尽管这样的数据传输率对于大多数应用场合已经够用了，但对于视频采集领域，却显得力不从心。
　　第三种传输方式是通过专用总线。比如SPM6020HR 采用的platform 总线。由种专用数据传输总线。platform 总线的数据传输率为80Mbps，这样的数据传输率对当前大多数应用场合已经足够了。将来我们也可以将其数据传输率提高到800Mbps。
　　我们可以发现，platform 总线的数据传输率小于PCI 总线，但它最突出的优点在于DSP 对它具有绝对的控制权，通过platform 总线的数据只涉及DSP 操作。这一特点使得DSP 能够独立控制数据通过总线时的延迟时间和总线带宽的分配。而在PCI 总线下的情况却是，每一个设备都具有平等的优先权，如果一个以太网卡对总线提出请求，而此时DSP 正在从数据采集模块板获取数据，那么DSP 将丢失对总线的控制权。而对platform 总线来说，DSP 完全可以忽略以太网卡的请求，直到完成重要的数据传输任务。
　　Platform 总线另外一个特点是，它可以脱离CPU，单独运行。Platform 总线的这一特点使得DSP 模块可以独立于CPU 模块板单独运行。电源、时钟及其它所有信号都由DSP 自身来提供。Platform 总线是内存映射结构，既便于配置又便于进行高效数据传输。
　　Platform 总线的优点还在于它使用简单。开发一个与PCI 总线通信的板卡通常需要设计一个PCI 和局部总线之间通信的桥接器。而Platform总线其实就象一个快速的ISA 总线。数据宽度可以是8 位到32 位。Platform 总线的接口设计也十分简单，它还提供数据缓存。这些特点减少了Platform 总线的开发时间和开发成本。
　　现在，美国RTD 公司已经开发出了采用Platform 总线的数据采模块板。当然，Platform 总线可以用于任何板卡的开发，因为它具有和ISA 总线一样的简单易用性；另外，它也支持以太网卡、硬盘控制器、无线网络模块板等。

xilinxue

楼主 2008/10/22 13:08:04

PC/104有两个版本，8位和16位，分别与PC和PC/AT相对应。PC/104PLUS则与PCI总线相对应。

一、IEEE-996标准的延伸

第一块PC104产生于1987年，但严格意义的规范说明在1992年才公布，从那以后，对PC104感兴趣的人越来越多，当时就有125个厂家引进PC104规范生产PC104兼容产品。像原来的PC总线一样，PC104一直是以一个非法定标准在执行，而不是委员会设计制定的。

1992年IEEE开始着手为PC和PC/AT总线制定一个精简的IEEEP996标准（草稿），PC104作为基本文件被采纳，叫做IEEEP996.1兼容PC嵌入式模块标准。

可见，PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。我们知道IEEE-P996是PC和PC/AT工业总线规范，IEEE协会将它定义IEEE-P996.1，很明显PC104实质上就是一种紧凑型的IEEE-P996，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。

PC104与普通PC总线控制系统的主要不同是：

1、小尺寸结构：标准模块的机械尺寸是3.6X3.8英寸，即96X90mm

2、堆栈式连接：去掉总线背板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠连接，即PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬和相连，这种层叠封装有极好的抗震性。

3、轻松总线驱动：减少元件数量和电源消耗，4mA总线驱动即可使模块正常工作，，每个模块1-2瓦能耗。

PC104的基本尺寸（8位）

二、有二个方法使用PC/104模块：

虽然PC/104模块的扩展和应用是灵活的,但我们建议还是二种基本方法在您设计的嵌入系统中使用PC104:

独立的模块堆栈：象在图2上显示的一样,PC/104模块是自我堆栈式。这方式中，模块是被用作全兼容的总线底板,但是不需要背板板和或插槽叠成的。每个模块留出0.6英寸间距。

模块自我堆栈

作为元件应用：另外一个方法使用PC/104模块是在图3显示的一样.在这方式下,模块作为用一个高度集成元件，插入一个定制的母板上，母板上包含有应用接口和总线逻辑，它的自我堆栈方式，可在一个位置上安装几个模块。这种方式允许在系统调试或者测试时，临时更换模块，同时有利于我们将来的产品升级或者更换选件。

作为高度集成的元件使用

三、PC104和PC104PLUS

PC104有两个版本，8位和16位，分别与PC和PC/AT相对应。PC104PLUS则与PCI总线相对应，在PC104总线的两个版本中，8位PC104共有64个总线管脚，单列双排插针和插孔，P1：64针，P2：40针，合计104个总线信号，PC104因此得名。当8位模块和16位模块连接时，16位模块必须在8位模块得下面（见附图2）。P2总线连结在8-位元模块中是可选的，这样让这些模块无论何处都可在堆栈中使用。

PC104PLUS是专为PCI总线设计的，可以连接高速外接设备。PC104PLUS在硬件上通过一个3X40即120孔插座，PC104PLUS包括了PCI规范2.1版要求的所有信号。为了向下兼容，PC104PLUS保持了PC104的所有特性。

PC104PLUS与PC104相比有以下3个特点：

1．相对PC/104连接，增加了第三个连结接口支持PCIbus.

2．改变了组件高度的需求，增加模块的柔韧性.

3．加入了控制逻辑单元，以满足高速度bus的需求.

关于PC104PLUS总线与PCI总线规范的不同：

1．PC104PLUS是用120针2mm孔堆栈插座连接，而32位PCI总线用124针插槽连接

2．120针的PCI不支持64位扩展，和JTAG,PRSNT或 CLKRUN 信号.

PC104PLUS规范包含了两种总线标准：ISA和PCI，所以向其他PC机一样，可以双总线并存。

由于PC104的管脚定义与ISA、PCI的规范完全兼容，所以公司在产品内部用PC/104模块时，也可以应自己的需要设计生产更多的专业应用PC/104模块种类。可以相信，嵌入式PC对目前的工业控制计算机体系产生了积极的影响，而且将在许多应用领域形成主流格局。
xilinxue

楼主 2008/10/22 13:08:27

到了1992年，由业界著名的RTD公司和AMPRO公司等12家从事嵌入式系统开发的厂商发起，组建了国际PC/104协会，得到了全世界众多厂商纷纷响应，从此PC/104技术的发展走上了康庄大道。1992年，Intel提出了PCI总线，将总线频率提高到了33MHZ。1997年2月PC/104协会根据PC技术的发展形势，由其技术委员会牵头，主持制订了PC/104+总线，2003年11月PC/104协会技术委员会又制订了PCI-104总线。
从PC/104技术的发展历史中可以看出，PC/104来自于“群众”，来自于实践发展的需要，并且自身在随着PC技术的发展而不断地发展。从实践中来，有着众多厂商的支持，使得PC/104技术具有天然的旺盛生命力。
后PC时代，嵌入式系统的发展风起云涌，波澜壮阔。在这一历史洪流中，众多的嵌入式系统规范争奇斗艳，各种嵌入式板卡令人眼花缭乱。但从目前PC/104的号召力和众多的厂商支持来看，其在嵌入式领域举足轻重的地位还没有哪一种规范能够企及。我们相信，在国际PC/104协会的带领下，PC/104技术的发展前景必将无限光明。

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