研华工控机的架构分析

二、工控机的架构分析

　　早期的工控机就是一个质量更好的PC。但是随着时间的推移，工控机架构有了本质上的变化，根据用户使用环境的变化，演变成了现在流行的底板加插卡的架构。

　　这种架构主要有如下的优点：

　　维护时间减少

　　随着工控机被大量用于工业现场，基于母板的系统是不灵活的，为了修复或更新系统需要更换整个母板。更换母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和电缆都拔掉。这就导致修复或更新时系统停机时间增加，这在工控现场是不可接受的。

　　因此工程师们想到另外一个方法，取消母板架构，而把核心的CPU处理单元做在一张插卡上，其它的扩展界面则做在底板上，底板是由一些连接器和无源器件组成的。这种结构使得系统更新和修复简单而且停机时间最少。这种设计理念影响了整个工控机的发展。现在我们ECG事业群的PC104总线技术的嵌入式小板也和这种理念有异曲同工之妙。

　　研华第一款BP架构的产品出现在1991年，早期由于没有PCI总线，该款产品是基于ISA总线的。后来PCI总线技术成为PC技术的主流时，1994年，PICMG组织及时在无源底板结构中导入了PCI技术，制定了基于ISA/PCI技术的PICMG1.0标准。

　　PICMG1.0标准

　　极佳的扩展性

　　PICMG1.0标准除了上文所阐述的系统更新和修复时间短的主要优点外，还存在另外一个主要优点：具有极佳的扩展性。

　　工业现场使用工控机做控制核心，会接上多种扩展卡，扩展卡以早期的ISA卡、主流PCI卡为主，比如我们研华IAG部门的多种采集卡和测量卡。而视用户需求，所使用的ISA、PCI槽也不同。举例来说，某些传统的数控机床厂家，为保障其早期在ISA技术上的投资，会采用传统的ISA控制卡为主。而一些从事视频监控的厂家，由于ISA带宽根本无法满足苛刻的视频带宽需要，必然要采用PCI视频捕捉卡，但是也许会同时选择几个ISA界面的IO卡配合摄像头云台使用。因此用户对ISA和PCI插槽的需求多种多样。

　　传统的商用母板上PCI、ISA数量固定，早期主板由于面积所显，一般仅提供3个PCI，3个ISA槽，后来ISA在民用市场面临淘汰，因此诸多商用主板厂商基于成本考量，取消ISA槽，或仅提供一个ISA槽。因此对于工控用户的多样性，商规主板提供的槽数难免捉襟见肘。PICMG1.0无源底板标准最高可提供20槽，所提供的ISA、PCI数量也可根据用户需求随意调整。

　　优秀的散热特性

　　此外采用PICMG1.0架构也有助于整体系统的散热，

　　4U上架机箱的散热设计

　　当然，底板加插卡的物理架构还有一些缺陷，例如，金手指处容易氧化，槽部位容易在振动的情况下松动，因此不太适应那些具有腐蚀性和振动性的环境下。对于这些情况，业界推出了基于PICMG2.0规范的CompactPCI技术，但由于价格、开发难度等因素，CompactPCI在一段时期内较难进入主流市场。因此研华针对这种情况推出的工业母板系列作为补充（后文会来探讨工业、母板的市场）。

研华工控机的架构分析

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