摘要：本文介紹CompactPCI-Express發(fā)展現(xiàn)狀，闡述其核心技術(shù)及為何未能在過(guò)去三年中得到大規(guī)模的應(yīng)用。指出CompactPCI-Express的理論定義與產(chǎn)品化應(yīng)用相悖，并提出Type1、Type2 CompactPCI-Express 6U系統(tǒng)符合主流市場(chǎng)需求，它將占領(lǐng)第三代工控機(jī)的至高點(diǎn)，并在軍事防御與航空航天領(lǐng)域得到大力發(fā)展。
關(guān)鍵詞：CompactPCI；CompactPCI-Express；第三代工控機(jī)

CompactPCI-Express System Development in Industry Control Area
Meng Quan
Abstract: Introduction the development status of CompactPCI-Express，explain its core technology and why it cannot got growth in the past three years.

CompactPCIExpress slots definition is opposite to the product marketing, Type1

and Type2 6U system satisfy

the marketing needs. CompactPCI-Express will get the high-point of the third industry control computer, and it will get great contribution to the

military industry.

Keywords: CompactPCI；CompactPCI-ExpressThe third industry control computer

1 CompactPCI-Express發(fā)展現(xiàn)狀
CompactPCI規(guī)范成熟之后，產(chǎn)品應(yīng)用不斷拓寬，同時(shí)，CompactPCI性能、帶寬等問(wèn)題也日益凸顯。2005年，CompactPCI-Express規(guī)范誕生，此規(guī)范的主要目的在于促進(jìn)CompactPCI在軍事防御與航空航天市場(chǎng)的發(fā)展。時(shí)至今日，CompactPCI-Express并沒(méi)有像想象中那樣快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外僅有少數(shù)幾家廠商少量研發(fā)生產(chǎn)CompactPCI-Express產(chǎn)品，并且集中在3U簡(jiǎn)單系統(tǒng)方面，很少涉及6U CompactPCI-Express大型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。CompactPCI-Express優(yōu)勢(shì)明顯，為何未能在過(guò)去三年中得到大規(guī)模的應(yīng)用？其應(yīng)用模式是否將轉(zhuǎn)換？它在工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展前景如何？
2 CompactPCI-Express核心技術(shù)
CompactPCI-Express采用串行數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，將110根CompactPCI并行數(shù)據(jù)地址線、控制線、仲裁線、時(shí)鐘線、系統(tǒng)復(fù)位線、中斷線減少到4根差分傳輸線，且串行機(jī)制中包括PCI-Express所有通信協(xié)議?？偩€數(shù)量的將少，使得產(chǎn)品化過(guò)程中的PCB制作、布線變得更容易。同時(shí)，CompactPCI-Express背板FR4 PCB布線可達(dá)50厘米，而CompactPCI卻局限于PCB布線長(zhǎng)度、PCI橋擴(kuò)展機(jī)制的影響。所以，CompactPCI-Expres在系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度、擴(kuò)展性方面勝于CompactPCI。
CompactPCI-Express板間互聯(lián)采用Link點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接，每一個(gè)Link可由X1、X2、X4、X8、X16個(gè)Lane聯(lián)接，每一個(gè)Lane由一對(duì)TX差分信號(hào)對(duì)和一對(duì)RX差分信號(hào)對(duì)組成，數(shù)據(jù)雙向傳輸。X1 Lane單向速度為250Mbytes/s，雙向即為500Mbytes/s，而傳統(tǒng)的33MHz/32Bit CompactPCI 總線僅為132 Mbytes/s。CompactPCI-Express采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的互聯(lián)，CompactPCI則是共享總線帶寬，這樣，CompactPCI-Express速度優(yōu)勢(shì)更為明顯。另外，CompactPCI-Express高速信號(hào)ADF差分連接器性能優(yōu)于CompactPCI 2mm HM連接器，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)傳輸性能。
CompactPCI-Express系統(tǒng)還具備熱插拔、IPMI系統(tǒng)管理功能。熱插拔增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性，是工控產(chǎn)品經(jīng)久不衰的特性。IPMI在ATCA、MTCA、服務(wù)器等產(chǎn)品方面應(yīng)用廣泛，側(cè)重于電信領(lǐng)域，在工控領(lǐng)域不會(huì)得到大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用！
鑒于以上分析，CompactPCI-Express最核心、最適用的技術(shù)既是：擴(kuò)展性能強(qiáng)、傳輸性能高、可熱插拔、設(shè)計(jì)難度低！
3 CompactPCI-Express為何未能得到大規(guī)模應(yīng)用？
CompactPCI最早主要用于電信，伴隨著電信領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品性能、數(shù)據(jù)傳輸帶寬的高要求，CompactPCI應(yīng)用減少，而ATCA規(guī)范得到發(fā)展，并逐漸在電信骨干網(wǎng)、核心網(wǎng)、接入網(wǎng)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。CompactPCI-Express雖然充分利用了PCI-Express的速度，但是CPCI架構(gòu)的板卡尺寸、供電能力不足以滿足高性能、大功耗要求，因此，對(duì)于2005年以后的電信硬件平臺(tái)，ATCA規(guī)范的產(chǎn)品得到大力發(fā)展，CompactPCI-Express卻是風(fēng)平浪靜！ATCA、MTCA的誕生，基本上使得CompactPCI-Express從電信領(lǐng)域出局，僅能占據(jù)少量的電信設(shè)備邊緣市場(chǎng)，比如，僅有少數(shù)廠家用CompactPCI-Express做CTI語(yǔ)音業(yè)務(wù)。
同時(shí)，工控領(lǐng)域產(chǎn)品種類多，產(chǎn)品生命周期較長(zhǎng)，新技術(shù)的采用也有一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。CompactPCI-Express產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，不僅需要基礎(chǔ)平臺(tái)（機(jī)箱、背板、主控板）開(kāi)發(fā)商大力推崇，還需CompactPCI-Express IO卡（擴(kuò)展卡、應(yīng)用卡）開(kāi)發(fā)商積極參與，缺少任何一個(gè)環(huán)節(jié)，CompactPCI-Express都無(wú)法得到產(chǎn)品化。目前，基礎(chǔ)平臺(tái)商想開(kāi)發(fā)CompactPCI-Express而擔(dān)心投資回報(bào)，IO卡廠家作為中間環(huán)節(jié)而處于觀望中，終端客戶的各廠家、科研院所看好CompactPCI-Express，礙于已有產(chǎn)品技術(shù)的穩(wěn)定，叫好不叫座！
值得欣慰的是，工控行業(yè)的上下游廠商對(duì)CompactPCI-Express產(chǎn)品應(yīng)用的討論越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)某些科研所也投資開(kāi)發(fā)CompactPCI-Express產(chǎn)品，所以，現(xiàn)在的形勢(shì)需要我們重新思考和定位CompactPCI-Express。
4 工控領(lǐng)域CompactPCI-Expres特種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用特性。
CompactPCI產(chǎn)品具備眾多優(yōu)點(diǎn)，如熱插拔、加固、防震、防腐蝕、易擴(kuò)展等等，CompactPCI-Express保留了CompactPCI的優(yōu)點(diǎn)并且提高了傳輸帶寬。另外，基于CompactPCI-Express背板系統(tǒng)的板間互聯(lián)，各個(gè)模塊在本質(zhì)上屬于同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，板間互聯(lián)通訊僅需要各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序、不需要任何其他協(xié)議。這是CompactPCI-Express特種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要特性。
從應(yīng)用上講，PICMG為CompactPCI-Express系統(tǒng)定義了多種槽位，如Type1、Type2、Hybrid混合槽、傳統(tǒng)CompactPCI槽，這樣一來(lái)，整個(gè)CompactPCI-Express系統(tǒng)有多種槽位配置。經(jīng)調(diào)查，用戶的應(yīng)用大都在于Type1、Type2共存系統(tǒng)，購(gòu)買CompactPCI-Express混合系統(tǒng)著實(shí)有些浪費(fèi)，僅某些科研所用混合槽系統(tǒng)作測(cè)試設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)外商家開(kāi)發(fā)的CompactPCI-Express系統(tǒng)大都是混合槽系統(tǒng)，可見(jiàn)，設(shè)備制造商對(duì)用戶需求的理解有失偏頗！
從另一個(gè)角看，設(shè)備制造商產(chǎn)品開(kāi)發(fā)遵從行業(yè)規(guī)范，3年前PICMG協(xié)會(huì)為了兼容傳統(tǒng)的CompactPCI板卡，從理論上定義多種槽位CompactPCI-Express系統(tǒng)，間接導(dǎo)致了設(shè)備制造商在產(chǎn)品化CompactPCI-Express系統(tǒng)時(shí)的迷茫！
鑒于此，重新定位CompactPCI Expres，發(fā)展純Type1/Type2 CompactPCI-Express系統(tǒng)符合主流市場(chǎng)需求，并能更好地推動(dòng)CompactPCI-Express產(chǎn)品化。下面是研祥預(yù)研的6U Type1/ Type2 CompactPCI-Express系統(tǒng)架構(gòu)：

6U系統(tǒng)是CompactPCI-Express今后的主要發(fā)展方向。相比于3U系統(tǒng)它能充分發(fā)揮CompactPCI-Express的性能優(yōu)勢(shì)。
5 CompactPCI-Express系統(tǒng)發(fā)展前景
工業(yè)化程度的提高，必然要求工控機(jī)諸多性能的提高，工控特種計(jì)算機(jī)行業(yè)在不久的將來(lái)必然有一場(chǎng)產(chǎn)品變革。傳統(tǒng)IPC、EIP促進(jìn)了第二代工控機(jī)的大力發(fā)展，而今，其缺點(diǎn)正是CompactPCI工控機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，比如：熱插拔、加固、防震、防腐蝕、易擴(kuò)展等特性。由此可見(jiàn)，CompactPCI將主導(dǎo)第三代工控機(jī)的發(fā)展。
在計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)中, 計(jì)算機(jī)I /O 技術(shù)始終是一個(gè)十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。其技術(shù)特性決定了計(jì)算機(jī)I /O 處理能力, 進(jìn)而決定了計(jì)算機(jī)的整體性能以及應(yīng)用環(huán)境。從根本上講,無(wú)論現(xiàn)在還是將來(lái), I /O 技術(shù)都將制約著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展, 尤其在高端計(jì)算領(lǐng)域。PCI Express 技術(shù)是第三代先進(jìn)的I /O 總線技術(shù), 代表未來(lái)十年計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展方向，它是目前唯一被驗(yàn)證過(guò)高速計(jì)算機(jī)IO總線，能夠進(jìn)行板間直接擴(kuò)展。目前，還沒(méi)有一種計(jì)算總線能像PCI-Express這樣兼顧傳輸帶寬與成熟的應(yīng)用。所以，從技術(shù)發(fā)展的角度看，基于PCI-Expres的CompactPCI-Express將占領(lǐng)第三代工控機(jī)的至高點(diǎn)，而從應(yīng)用的角度看，PCI帶寬限制了眾多應(yīng)用，CompactPCI-Express將解決CompactPCI軍工、測(cè)控、航空航天等領(lǐng)域眾多的需求！

參考文獻(xiàn):
CompactPCI-Express PICMG EXP.0 R1.0 Specification June 27，2005

作者簡(jiǎn)介: 蒙佺，男，1980年9出生，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)為研祥智能股份有限公司通訊產(chǎn)品事業(yè)部總監(jiān)。
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