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嵌入式工控機技術未來的發展趨勢

文章出處:研維官網人氣: 發表時間2015-05-08 15:12:26
        嵌入式工控機技術未來的發展趨勢。
        各種總線的嵌入式工控機向高性能、高可靠方向發展
   1、加固性ISA/PCI總線工控機仍然占有一定的市場份額
   現在工業控制機已經發生了很大的變化,過去專用的封閉式的架構迅速被PC技術的開放式架構所取代,其中重要的原因之一就是軟件的兼容性。工業控制機用戶過去和現在都希望使用與所熟悉的桌面PC機相同的操作系統和開發工具,這就導致了開放式桌面PC在工業環境中的直接應用。然而,桌面PC機技術是面向每年2000億美元的商用機市場的,而不是相對比較小的工業計算機市場的,它不具備工業性能:抗強震動、沖擊、高溫、潮濕和具有快速修復能力。由桌面PC技術衍生的ISA總線加固型計算機在工業上得到了相當廣泛的應用。
  1992年6月,Intel公司開發了快 速的開放式PCI總線規范,作為局部和低層次的內部處理器總線。在兩年之內幾乎每個處理器制造商都將PCI作為計算機內部芯片互連總線,而且自然地發展 成了板互連總線。1995年6月PCISIG正式公布了PCI局部總線規范2.1版,同時PICMG推出了個標準PCI/ISA無源背板總線標準, 這樣,加固性PCI/ISA總線工控機問世了。目前,PCI/ISA工控機主要制造商有:TexasMicrosystems、 TeknorIndustrialComputers、IndustrialComputerSource、TrentonTerminals、I- Bus以及臺灣的衍揚(AAEON)、研華(ADVANTEC)、磐儀(Arbor)、大眾、北京康拓等公司。
  雖然加固型工控機對基于 大母板的桌面機進行了工業化改造,但其背板技術仍然存在許多缺點:不良的熱設計、不良的連接方式、不標準的模板尺寸和有限的PCI插槽數(大4個)等。 雖然可維護性和可靠性得到了改進,但仍然不能滿足工業控制要求。目前PCI/ISA工控機主要做控制系統的檢測和管理機使用。
   2、CompactPCI總線工控機仍然是工控機中的貴族產品
  基于Wintel架構的CPCI總線工控機,是為高可靠性應用而設計的,其低價位、高可靠、熱插拔、熱切換、多處理器能力等特點在設計之初就引起了可靠性要求較高的電信和工業自動化工 業領域的普遍關注。在電信和工業自動化領域,PCI/ISA工控機由于可靠性低和可維護性差等原因,應用的數量很小,市場急需滿足應用要求的新產品問世。 由于CPCI總線工控機良好地解決了可靠性和可維護性問題,加上工控機設計者一般都掌握基于PC的嵌入式軟硬件設計技術,而且基于Microsoft的軟 件和開發工具的價位比較低,所以,CPCI工控機得以迅速打入嵌入式產品市場。但相對于PCI/ISA加固型工控機而言,由于總體成本高、技術開發難度 大、模板配套性差、電磁兼容性設計要求高等因素,CPCI工控機在工業過程控制領域并未得到實際應用。相反,電信行業要求制造商提供開放式架構和快速投放市場產品,而產品快速投放市場的能力主要取決于軟件而不是硬件。在這方面, 由于CPCI工控機采用PC技術,具有豐富而廉價的軟件資源,其操作系統WINDOWSNT又是IPAIN的理想開發平臺,加上熱插拔和熱切換能力,恰好 與電信要求相一致,因此被廣泛應用。
  由于CPCI總線工控機只有象Motorola、SunMicrosystems、 ForceComputers和Ziatech這樣的大公司支持,而且,不同公司的無源背板定義并不完全統一導致不能互操作,其規模和產品競爭能力也受到 限制,價位還偏高,其市場占有率還不大,目前仍然處于貴族產品階段,需要進一步進行大眾化開發。
  CPCI技術將進一步融合USB和 1394技術,并通過PCI-USB和PCI-1394的bridge進行轉換。Intel和Microsoft公司認為:通過插卡的方式增強PC功能的 時代就要結束了。未來的PC機將從并行插卡式總線轉移到串行接口總線,達到互連和擴展外設的目的。USB和IEEE-1394就是兩種低成本的串行接口總 線,僅需要幾根連接電纜,可以嵌入到CPU內部運行。USB和1394是今天的技術,由自動配置軟件(WindowsNTv5.0)和熱插拔硬件支持。作 為串行總線,USB和1394的傳輸速率可達到Gbits/sec的數量。
  通過增加觸發信號、局部總線和系統同步時鐘等措 施,CPCI擴展為高性能的儀表總線PXI(CompactPCIeXtensionsforInstrumentation)。PXI總線工控機是一種 儀表計算機平臺,具有CPCI總線的所有優點,同時,定義的軟件和硬件規范又實現了產品完全互操作。
   3、PC/104總線工控機通過PC/104-Plus向高性能方向發展
   在80年代末,AmproComputers發明了PC/104總線。1992年3月PC/104總線聯合會發布了PC/104規范1.0版,幾經修 改,于1996年6月公布了PC/104規范3.2版。PC/104總線采用自層迭互連方式和3.6inx3.8in的小板結構,拋棄了PC機的大母板, 使其更適合在尺寸和空間受到限制的嵌入式環境中使用,如消費類電子產品:洗衣機、烘干機、洗碗機、收款機等。近來,由于緊湊加固性設計的PC/104工控 機在加固產品中開始采用,如火箭、導彈和戰斗機等。
  雖然PC/104總線工控機的功耗低,但其驅動能力差(4mA),其擴展能力和維護性也受到限制,使其在工業過程控制和自動化領域的應用范圍受到局限。
   4、STD總線工控機采用單片PC技術升ALL-IN-ONECPU板
   STD總線在1978年早由Pro-Log公司作為工業標準發明的,由STDGM制定為STD-80規范,隨后被批準為國際標準IEE961。 STD-80/MPX作為STD-80追加標準,支持多主系統。STD總線工控機是工業型計算機,STD總線的16位總線性能 滿足嵌入式和實時性應用要求,特別是它的小板尺寸、垂直放置無源背板的直插式結構、豐富的工業I/OOEM模板、低成本、低功耗、擴展的溫度范圍、可靠性 和良好的可維護性設計,使其在空間和功耗受到嚴格限制的、可靠性要求較高的工業自動化領域得到了廣泛應用。
   5、STD32總線工控機技術更好地發揮了32位計算機的性能
   自從1978年STD總線問世以來,STD總線工控機已經被證明是工業控制實現的主力軍。隨著技術的進步,原來被工業用戶所認同STD-80標準已經難 以滿足要求。1990年9月,STD32MG公布STD32規范1.0版。STD32具有32位數據寬度,32位尋址能力,是工業型的高端計算機。 STD32總線兼容STD-80規范,產品可以互操作。
  眾所周知,總線的力量不在于其理論上多么先進,而在于為這種總線研制的OEM模 板的數量和種類的豐富程度。STD32總線工控機由眾多的OEM制造商支持,既可以采用已經投放市場的豐富的STD總線I/O模板,也可以采用由 STD32產品制造商不斷推向市場的STD32總線I/O模板,以及其它與PC兼容的資源,組成工業控制系統。STD32總線支持熱切換和多主系統,滿足 工業控制冗余設計要求。
  STD32總線在保留簡單控制總線特點的同時,采用了今天的先進技術設計OEM產品,如80486和 Pentium系列處理器技術。Ziatech公司的ZT8902486DX4-100M單板計算機(SBC);ZT8908SBC,采用Pentium 系列和AMD-K6處理器。VersaLogic公司的VL-568-1SBC,采用AMD5x86-133M處理器,帶有PC/104-Plus擴展總 線,允許PC/104或PC/104-Plus模板直接插在板上運行,如高速顯示卡等。STD32工控機還可以直接和工業現場總線接口,如SST(Waterloo,Canada)公司的板卡支持Profibus、DeviceNet、ControlNet接口,以及RockwellAutomation(A-B)、Seimens和Modicon等公司產品的網絡接口。
   6、AT96總線技術承前啟后,將開創工控機應用的新時代
   為了將ISA總線PC機應用在惡劣的工業環境中,1994年由德國SIEMENS公司發起制定了AT96總線歐洲卡標準,并在歐洲得 到了推廣應用。AT96總線=ISA總線電氣規范+96芯針孔連接器+歐洲卡規范。 AT96總線工控機消除了模板之間的邊緣金手指連接,具有抗強震動和沖擊能力;其16位數據總線、24位尋址能力、高可靠性和良好的可維護性,更適合在惡劣工業環境中應用。
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