《電子技術(shù)應(yīng)用》
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是選擇工業(yè) PC 還是模塊計算機(jī),?這里給出流行外形尺寸指南

2022-05-30
來源:電子創(chuàng)新網(wǎng)
關(guān)鍵詞: 工業(yè)PC 工業(yè)自動化 com

  作者:貿(mào)澤電子 Mark Patrick

  產(chǎn)品上市時間是許多com/tags/工業(yè)自動化" target="_blank">工業(yè)自動化應(yīng)用的關(guān)鍵考慮因素。但對于一些具體應(yīng)用,其中最為復(fù)雜的部分越來越多地是通過軟件而不是通過硬件來實現(xiàn),,這種方法允許使用商用“普通”硬件計算平臺,其中有許多種不同類型可供選擇,。然而,,系統(tǒng)架構(gòu)師面對的則是一組令人眼花繚亂的多種外形尺寸。每種外形尺寸都會基于一系列明確定義的主板和模塊標(biāo)準(zhǔn),,可提供設(shè)計靈活性,、有競爭力的價格和二次采購源等便利。本文將討論一些可用于整合到工業(yè)設(shè)備設(shè)計中的最流行外形尺寸,。

  工業(yè)領(lǐng)域商用計算硬件

  從高層次上看,,工業(yè)流程自動化涉及來自各種傳感器的輸入監(jiān)控、接收到的數(shù)據(jù)處理以及根據(jù)預(yù)定義的工作流程采取相應(yīng)行動,。傳感器可能包括限制開關(guān),、溫度、壓力和運動測量等,,控制指令則通過繼電器,、泵和電機(jī)驅(qū)動器等致動器執(zhí)行。

  各個單獨控制區(qū)形成工業(yè)過程的彼此獨立部分,,每個部分都配備有專用過程控制器,。數(shù)百個通常由單板工業(yè) PC構(gòu)成的過程控制器可以部署在一個大型制造現(xiàn)場,雖然工業(yè) PC 本質(zhì)上與臺式機(jī)具有相同的功能,,但或許也存在一些顯著差異,。它們通常會在更廣泛的工作溫度范圍內(nèi)可靠地運行,支持工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和外圍接口,,并適應(yīng)更廣泛的操作系統(tǒng),。并非所有單板計算機(jī)或計算機(jī)模塊都適用于需要 -40 ~ +85°C 工業(yè)級溫度范圍的應(yīng)用,某些電路板只符合 0  ~ +60°C 的商業(yè)溫度范圍,。

  工業(yè)市場并不是唯一需要通用計算資源的領(lǐng)域,,石油/天然氣、電信,、航空和國防等領(lǐng)域也有類似要求,。對于系統(tǒng)構(gòu)建者來說,,通過考慮來自不同制造商且符合一組機(jī)械和功能標(biāo)準(zhǔn)的各種計算機(jī)板和模塊可以降低開發(fā)復(fù)雜性。

  外形尺寸規(guī)格

  一套開放的外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在得到開發(fā)以滿足市場需求,。這些為單板工業(yè) PC 和模塊計算機(jī) (COM) 制造商提供了在一些特定市場的關(guān)注焦點,,而開放標(biāo)準(zhǔn)能夠為系統(tǒng)構(gòu)建者提供二次采購源和供應(yīng)連續(xù)性的信心,無需重新設(shè)計他們的系統(tǒng),。

  外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)能夠確定主板的物理和機(jī)械布局,,一般其規(guī)格包括電源要求、安裝孔位置,、尺寸和端口布局,。許多臺式 PC 主板外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)可以追溯到 80 年代初和 IBM PC 的出現(xiàn),并在之后得以不斷發(fā)展,。

  PCI 工業(yè)計算機(jī)制造商集團(tuán) (PICMG) 成立于 1994 年,,擁有 140 多個成員組織,并領(lǐng)導(dǎo)了幾個重要的單板計算機(jī)和模塊標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā),。這些標(biāo)準(zhǔn)都是開放,、免版稅,并且不需要許可證,。PICMG 標(biāo)準(zhǔn)包括:

  Advanced TCA(高級 TCA)

  MicroTCA

  COM Express.

  COM Express: COM Express 規(guī)范涵蓋一系列小外形尺寸(SFF) 和 COM型單板電腦,。COM 通常設(shè)計為適合基板(母板)配電以及所有 I/O 的需求,這種方法能夠提供一種快速方便的電路板更換方法,。圖 1 示出了規(guī)范演變的時間線和各種外形尺寸,。

  

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  圖 1:COM Express 規(guī)范演變。(來源:PICMG)

  COM Express 規(guī)范也在不斷發(fā)展,,以整合最新的處理器技術(shù),、存儲方法、視頻接口和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),。例如,,COM Express Rev 3 規(guī)范在板上最多可容納四個 10 Gigabit 以太網(wǎng)接口。類型聲明(type declaration)規(guī)定了連接器(一個或兩個)及其在每個規(guī)范中的引腳使用,。

  凌華科技(ADLINK) Express-CFR 是符合 PICMG COM R3.0 Type 6 規(guī)范單板計算機(jī)的一個很好例子,。

  圖 2 說明了電路板的功能以及網(wǎng)絡(luò)、電源,、存儲和相關(guān)外圍接口的連接器分配,。

  

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  圖 2:凌華科技 Express-CFR 板符合 PICMG COM.0 Rev 3.0 Type 6 規(guī)范。(來源:凌華科技)

  ETX 外形尺寸(嵌入式擴(kuò)展)的創(chuàng)始者ETX 工業(yè)集團(tuán)協(xié)會與 PCIMG 合作,,實現(xiàn)了 ETX Rev 3 格式與 COM Express 規(guī)范的兼容,。 ETX 格式至今仍然是一種流行的緊湊型單板計算機(jī)尺寸。例如ADLINK ETX-BT搭載 Intel Atom E3800 SoC,可容納高達(dá) 8GB 的 DDR3 RAM,。

  COM-HPC:COM-Express 規(guī)范將兩個連接器限制為 440 針,。然而,對于帶寬為 16Gbps 的 PCI Gen 4等新的高速接口,,其帶寬是 PCI Gen 3 的兩倍,,要求 PICMG 開發(fā)新的規(guī)范 COM-HPC。該規(guī)范定義了三種模塊類型:具有固定輸入電壓的客戶端模塊,、具有寬輸入電壓范圍的客戶端模塊和具有固定輸入電壓的服務(wù)器模塊,。

  五種 COM-HPC 板的外形尺寸已經(jīng)得到確定:最小的是尺寸 A,大小為 95 mm x 120 mm,,最大的是尺寸 E,,推薦用于服務(wù)器,大小為 200 毫米 x 160 毫米,。

  AdvancedTCA(ATCA): ATCA 是另一種在電信行業(yè)被廣泛采用的 PICMG 規(guī)范,,電信行業(yè)對高強(qiáng)度處理器資源、密集 IO 分布和高網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求很高,。許多軍事會應(yīng)用使用 ATCA 加固版本。

  除了 PICMG,,PC/104 聯(lián)盟還建立了三種不同的外形尺寸,。該聯(lián)盟因此得名的第一個標(biāo)準(zhǔn)是 PC/104 外形尺寸,其名稱來源于 104 針 PCI 連接器,,而該聯(lián)盟的其他外形尺寸包括 EPIC 和 EBX,。

  PC/104:該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 90mm x 96mm 的電路板尺寸及其機(jī)械設(shè)計以適合牢固的應(yīng)用。該格式允許為需要大量 I/O 功能的應(yīng)用疊放多個板,。 PC/104 單板計算機(jī)的一個示例是 ADLINK CM1-86DX3 ,,參見圖 3。

  PC 和制造商衍生的外形尺寸

  許多工業(yè)單板計算機(jī)繼續(xù)采用英特爾和威盛(VIA)等臺式 PC 處理器供應(yīng)商建立的 PC 外形尺寸,。示例包括 mini-ITX,、Pico-ITX 和 nano-ITX。其他嵌入式系統(tǒng)制造商創(chuàng)建了 UTX 等格式,,然后被不同的供應(yīng)商采用,。 MI/O 是制造商研華(Advantech)開發(fā)的另一個外形尺寸示例。

  

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  圖 4:Mini-ITX 外形尺寸與 Nano-ITX,、Pico-ITX 和 mobile-ITX 規(guī)格的比較,。(來源:VIA)

  Mini-ITX:mini-ITX 規(guī)范定義了 170毫米 x 170毫米的電路板尺寸,參見圖 4,。它最初由威盛開發(fā),,其中一個例子是研華 AIMB-233,這款功能齊全的主板具有 Intel i7,、i5,、i3 或 Celeron 內(nèi)核,,可容納高達(dá) 64 GB DDR4 2,400 MHz SDRAM,并具有兩個 M.2 存儲插槽,。

  MI/O:該標(biāo)準(zhǔn)由研華開發(fā),,具有兩種形式;緊湊(Compact)和超緊湊(Ultra),。 Compact 規(guī)范定義了比 COM-Express稍大的單板計算機(jī),,尺寸為 146mm x 102mm。 Ultra與 Pico-ITX 板尺寸相同,,大小為 100mm x 72mm,。

  MI/O Ultra 板的一個示例是 研華 MIO-5272,請參見圖 5,。

  

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  圖 5:采用MI/O Ultra 外形尺寸的研華 MIO-5273 單板計算機(jī),。(來源:研華)

  MIO-5272 可用于 Intel i7、Intel i5,、Intel i3 和 Celeron 變體,。為了支持額外的外圍功能,研華設(shè)計了一種擴(kuò)展板格式MIOe,,這是一種統(tǒng)一的擴(kuò)展接口連接器,,可為所有 MI/O 尺寸板提供電源、USB 3.0,、SMBus,、顯示端口和 PCIe 連接。

  UTX:這種單板計算機(jī) UTX 外形尺寸為 112毫米 x 137毫米,,其示例包括 研華 AIMB-U233,,這是一款基于 Intel 第 8 代的主板,具有全面的存儲,、網(wǎng)絡(luò)和圖形功能,。電路板需要一個 12VDC 電源來供電,峰值負(fù)載時最大功率為 23W,。

  在上市時間壓力很大,,不允許采用系統(tǒng)構(gòu)建方法時,另一種可用方法是使用現(xiàn)成系統(tǒng),,例如研華 ROScube-I 系列,。這款堅固耐用的嵌入式實時控制器非常適合機(jī)器人應(yīng)用,能夠提供 GPU 和 VPU 擴(kuò)展卡,,可用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,。

  適于工業(yè)應(yīng)用的單板計算機(jī)模塊

  為工業(yè)應(yīng)用選擇工業(yè)計算機(jī)或 COM 可節(jié)省大量開發(fā)時間和不可收回的工程成本。將電路板安裝到空間有限的控制機(jī)柜或外殼中需要了解其外形尺寸。我們已經(jīng)在這篇簡短的文章中介紹了選擇過程中可能遇到的常見外形尺寸,。





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