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嵌入係統標準:避免追求高性能而產生的問題

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 14:05:16 來源:威盛電子(中國)有限公司

電路板製造商正在升級自己的產品,為的是打入高性能嵌入係統市場。
  要點
  有了高速結構技術附件,共享總線體係結構並繼續支持今天的高性能嵌入係統。
  大多數高性能嵌入係統都是專有的,或是基於PCI、VME、CompactPCI以及Advanced-TCA電路板標準的。
  COTS(商用現成)產品使設計師能用較高的續生費用來換取開發費用的節省和開發周期的縮短。
  可供選擇的 COTS電路 板級規範的升級預示著可能會出現業界分裂問題和產品互操作問題。
  嵌入式係統設計師們發現自己身處無休止的激戰之中,管理部門要求減少預算、縮短開發時間,而顧客則堅持增加功能。按照傳統,設計師應對這場激戰的辦法是在產品中采用從嵌入式計算市場買來的COTS(商用現成)處理器和外設模塊。然而,當高性能嵌入係統超越技術極限時,COTS 製造商必須對自己的規範與產品進行升級並使之精益求精,才能滿足不斷增長的先進設備的需求。正是在醫療儀器、軍用係統、通信設備以及過程自動化這幾個領域中,快速提高的數據速率、業已增長的處理需求和設備複雜性均已加大了現成的電路板級技術的壓力。
  中小型公司為 COTS 行業提供了大部分機箱、電源、底板和插件板。據Tek 微係統公司首席執行官 Andrew Reddig 說,“大約 70 家供應商競爭COTS電路板業務。在這70家供應商中,隻有約 10 家的年銷售額超過 2500 萬美元。”
  雖然嵌入係統市場很小,但金融分析師們預計該市場在不久的將來會得到增長。CIBC公司的資深分析師 Jeff Berson 預言:“qianruxitongshichanghuijixufazhan,zengjiatouzijihui。jinguangaishichanghenxiao,danzaihuaerjiekanlai,quejijuxiyinli,touzizherunengjizaocanyuchengchangzhouqi,doujianghuicongzhonghuoyi。”
  一個典型的嵌入係統項目可能包括一個現成的底板、處(chu)理(li)器(qi)以(yi)及(ji)用(yong)戶(hu)接(jie)口(kou)部(bu)分(fen),並(bing)可(ke)能(neng)將(jiang)定(ding)製(zhi)設(she)計(ji)工(gong)作(zuo)減(jian)少(shao)到(dao)幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)和(he)專(zhuan)用(yong)軟(ruan)件(jian)。基(ji)於(yu)各(ge)種(zhong)標(biao)準(zhun)的(de)設(she)計(ji)可(ke)使(shi)用(yong)兼(jian)容(rong)的(de)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)以(yi)及(ji)供(gong)應(ying)商(shang)提(ti)供(gong)的(de)驅(qu)動(dong)程(cheng)序(xu)和(he)固(gu)件(jian)樣(yang)品(pin),從(cong)而(er)也(ye)可(ke)減(jian)少(shao)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)工(gong)作(zuo)。有(you)了(le)電(dian)路(lu)板(ban)級(ji)標(biao)準(zhun),也(ye)就(jiu)不(bu)需(xu)要(yao)實(shi)現(xian)最(zui)佳(jia)冷(leng)卻(que)性(xing)能(neng)與(yu)機(ji)械(xie)對(dui)準(zhun)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)反(fan)複(fu)試(shi)驗(yan)反(fan)複(fu)設(she)計(ji)。
  為了利用現成技術獲得最大好處,許多製造商將他們高性能的嵌入係統建立在大眾化的 COTS電路板體係結構上,如 PCI、VME、CompactPCI 和 AdvancedTCA 標準。這些開放標準概括了電路板和機箱的基本特性,以及可供選擇的擴充功能,用以滿足某些工業、醫療、電信、軍(jun)用(yong)以(yi)及(ji)消(xiao)費(fei)類(lei)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)的(de)特(te)定(ding)性(xing)能(neng)或(huo)可(ke)靠(kao)性(xing)需(xu)求(qiu)。盡(jin)管(guan)在(zai)其(qi)基(ji)本(ben)配(pei)置(zhi)中(zhong),這(zhe)些(xie)規(gui)範(fan)大(da)多(duo)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)固(gu)有(you)帶(dai)寬(kuan)和(he)升(sheng)級(ji)限(xian)製(zhi)的(de)傳(chuan)統(tong)共(gong)享(xiang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu),但(dan)明(ming)智(zhi)的(de)升(sheng)級(ji)與(yu)功(gong)能(neng)擴(kuo)充(chong)卻(que)能(neng)提(ti)供(gong)先(xian)進(jin)的(de)性(xing)能(neng)。對(dui)於(yu)高(gao)性(xing)能(neng)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo),各(ge)種(zhong)標(biao)準(zhun)現(xian)在(zai)都(dou)能(neng)提(ti)供(gong)某(mou)種(zhong)形(xing)式(shi)的(de)交(jiao)換(huan)式(shi)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou),不(bu)存(cun)在(zai)與(yu)多(duo)點(dian)總(zong)線(xian)方(fang)案(an)有(you)關(guan)的(de)種(zhong)種(zhong)問(wen)題(ti)。有(you)了(le)這(zhe)種(zhong)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou),電(dian)腦(nao)節(jie)點(dian)間(jian)的(de)高(gao)速(su)點(dian)對(dui)點(dian)路(lu)徑(jing)就(jiu)可(ke)以(yi)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua),支(zhi)持(chi)多(duo)個(ge)並(bing)行(xing)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)。一(yi)個(ge)先(xian)進(jin)的(de)交(jiao)換(huan)結(jie)構(gou)係(xi)統(tong)還(hai)可(ke)以(yi)使(shi)信(xin)號(hao)路(lu)由(you)繞(rao)過(guo)故(gu)障(zhang)路(lu)徑(jing)或(huo)節(jie)點(dian),從(cong)而(er)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)用(yong)性(xing)。
  chulexuyaotigaojiaohuanjiegoushujuchulinengliyiwai,gaoxingnengxitonghaixuyaozaiqitalingyuneijinxingguifankuochong。dianlubanchicunshiyigelianghaodelizi。jinguanguipianshejishizhengzaibagengduogongnengsaidaojiaoxiaodekongjiannei,danrenmenyaoqiuzengjiamouxieyingyongxitongdefuzaxingherongyudu,zhejiuyaoguanzhudianlubanmianji。zuiliuxingde VME 和 CompactPCI 電路板尺寸一直是 6U。但是,最新的電路板標準,即 AdvancedTCA, 具有 8U 的形狀係數,元件麵積增加一倍以上。元件密度增加和電路板尺寸加大也會造成冷卻問題和配電問題。VME 與 CompactPCI 采用的 0.8 英寸電路板間距,使每塊電路板的功耗上限在強製冷卻情況下不可超過50W。但現在有些傳導冷卻和液冷方案擴大了這一功耗範圍。AdvancedTCA 在風冷情況下的功耗為每個插槽 200W。在高性能係統的底板功耗有可能接近 3 kW的情況下,傳統電源電壓(如 5V 或 3.3V,而電流為600A  ~ 1000A)的分配就不切實際了。AdvancedTCA 規定,雙 -48V 直流電源直接為每個插槽饋電再由 DC/DC 轉換器提供局部的邏輯電平電壓。
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