• 車載加固機(jī)技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

    1 綜述

    電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,不僅使計(jì)算機(jī)內(nèi)在的數(shù)據(jù)處理能力日新月異,同時(shí)也使計(jì)算機(jī)的外部形式與應(yīng)用形態(tài)產(chǎn)生了極大改變。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需求,根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境,逐漸從靜態(tài)的家庭與辦公領(lǐng)域,拓展到動(dòng)態(tài)的有多種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)動(dòng)環(huán)境中,從而產(chǎn)生了能夠抵御惡劣環(huán)境的新的計(jì)算機(jī)門類。加固型計(jì)算機(jī)——從應(yīng)用形態(tài)上,有一體式、嵌入式、便攜式、手持式等;從使用功能上,可以是臺(tái)式、機(jī)架、平板、移動(dòng)等;從加固的深度上,有初級(jí)加固型、加固型、全加固型等結(jié)構(gòu)形式;從應(yīng)用功能上,可以是個(gè)人機(jī)動(dòng)背負(fù)、車載、機(jī)載、艦載等。其中尤以車載加固機(jī)的應(yīng)用,無論在品種、數(shù)量與使用的技術(shù)上更為普及。

    1.1 應(yīng)用

    車載加固機(jī)目前廣泛應(yīng)用于國防、交通、新聞、地質(zhì)、醫(yī)療、采礦、消防、救援等領(lǐng)域。車載加固機(jī)應(yīng)該是諸多特殊用途的特種計(jì)算機(jī)的一個(gè)獨(dú)立門類,隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求的不斷普及,車載加固機(jī)勢(shì)必會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。在醫(yī)療與救援中,急救處理車、緊急救援車,消防指揮車;在傳媒與新聞行業(yè),采訪車、轉(zhuǎn)播車、信號(hào)發(fā)射車;在地勘與采礦領(lǐng)域,勘測(cè)車、采集車等等;在國防與軍事領(lǐng)域中車載加固機(jī)應(yīng)用更為普及,無論是指揮、通信、監(jiān)控、導(dǎo)航、火控、勤務(wù)等等,無論何種車載系統(tǒng)都要以車載加固機(jī)為核心。

    車載加固機(jī)不同于在一部移動(dòng)車輛中通過一部便攜計(jì)算機(jī)外加一部手機(jī)所實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單的通信連接,車載加固機(jī)的功能是作為一套完整的車載系統(tǒng)的核心,是車內(nèi)的一切電子設(shè)備的中樞平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)監(jiān)控、導(dǎo)航定位、過程控制、故障診斷等復(fù)雜操作。

    作為信息鏈中居于中樞地位的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代后,伴隨著電子和信息技術(shù)的進(jìn)步得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和運(yùn)用。歐美技術(shù)發(fā)達(dá)國家的一些廠商無論在加固計(jì)算機(jī)的技術(shù)理念還是在產(chǎn)品的架構(gòu)體系、質(zhì)量保證體系都有了比較清晰的技術(shù)規(guī)范和專業(yè)化的研發(fā)規(guī)模,并源源不斷的運(yùn)用到機(jī)動(dòng)裝備中去。在車載、艦載、機(jī)載領(lǐng)域,諸如美國的SBS公司、Z Microsystems公司、SECS公司,德國的Kontron公司;在移動(dòng)加固領(lǐng)域,如Fieldworks公司、ACME、GETAC等。這些公司針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合,大都形成了獨(dú)具特色的產(chǎn)品體系和質(zhì)量體系,諸如常態(tài)加固級(jí)、歐標(biāo)加固級(jí)、美軍標(biāo)加固級(jí)等,用來滿足不同場(chǎng)合和環(huán)境條件的軍事應(yīng)用需求。

    我國臺(tái)灣地區(qū),以研華、艾訊、凌華、威達(dá)等廠商為代表,在工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,特別是工業(yè)級(jí)CPCI總線技術(shù)、ETX總線技術(shù)和STX總線技術(shù)方面的研發(fā)能力和產(chǎn)品規(guī)模都達(dá)到了相當(dāng)?shù)某潭?,并進(jìn)入高速發(fā)展的階段。這些高新技術(shù)性能與傳統(tǒng)工控機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)的結(jié)合,也為車載加固計(jì)算機(jī)提供了良好的產(chǎn)品和技術(shù)基礎(chǔ)。

    國內(nèi)車載加固機(jī)技術(shù)應(yīng)用較之于國外水平相對(duì)滯后,無論是技術(shù)和工藝水平以及產(chǎn)品化程度,還是規(guī)范化和研發(fā)的能力和規(guī)模,都還存在較大的差距。隨著國家對(duì)國防工業(yè)重視程度的提高和資金投入支持的加大,新的技術(shù)成就的日新月異,以及企業(yè)對(duì)新技術(shù)和新工藝積極的跟蹤、吸收、消化,這種差距正在呈現(xiàn)逐步縮小的趨勢(shì)。一些軍工企業(yè)和民營高科技企業(yè)加大投入,運(yùn)用最新的電子和信息技術(shù)成就,基于各自的目標(biāo)市場(chǎng),研發(fā)和生產(chǎn)不同層次和不同目標(biāo)需求的加固型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、周邊設(shè)備和系統(tǒng)。軍工企業(yè)由于其先天的資源優(yōu)勢(shì),在車載加固計(jì)算機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)上捷足先登,已形成一定的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),諸如中國電子科技集團(tuán)公司15所,中船舶重工集團(tuán)707、709、719所,中國航天科工集團(tuán)8357所,湘計(jì)海盾,浪潮超越、以及其它軍工院所等,都針對(duì)各自的對(duì)口市場(chǎng)和應(yīng)用目標(biāo)形成了相關(guān)的加固計(jì)算機(jī)部件、產(chǎn)品和系統(tǒng)。民營高科技企業(yè)也涌現(xiàn)出艾雷斯科技、盛博科技、新松佳和、同普中視等,借鑒和吸收國外的先進(jìn)技術(shù)成就,投入有效資源從事車載加固計(jì)算機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)。在可以預(yù)見的將來,國內(nèi)車載加固計(jì)算機(jī)定會(huì)形成產(chǎn)業(yè)化的垂直市場(chǎng)并進(jìn)一步縮短與歐美發(fā)達(dá)國家的差距。

    1.2 概念

    對(duì)于車載加固機(jī)而言,雖然看上去只是應(yīng)用場(chǎng)所的改變,但對(duì)于計(jì)算機(jī)的要求卻有了本質(zhì)的變化,在家庭與辦公中,使用環(huán)境應(yīng)滿足計(jì)算機(jī)的要求,而在野外機(jī)動(dòng)使用中,計(jì)算機(jī)要滿足使用環(huán)境的要求。

    為實(shí)現(xiàn)這種變化,車載加固機(jī)采取了各種相應(yīng)的技術(shù)處理措施,提出了更高的技術(shù)要求。一方面是車載加固機(jī)的外部,體現(xiàn)出比普通計(jì)算機(jī)要高得多的結(jié)構(gòu)的密封性和堅(jiān)固性,使其具有防塵、防潮、防鹽霧和抗振動(dòng)、抗沖擊、抗電磁干擾等特性,另一方面是對(duì)內(nèi)在部件魯棒性提出的更高要求,如部件的耐熱、抗疲勞,抗電磁浪涌沖擊以及電源波動(dòng)適應(yīng)性等。

    1.3 規(guī)范

    軍事電子和信息技術(shù)應(yīng)用的快速變革,極大的提高了武器平臺(tái)、戰(zhàn)地指揮平臺(tái)和中央指揮平臺(tái)的效能,特別是基于數(shù)據(jù)鏈交互的信息指揮平臺(tái),更加體現(xiàn)了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的高技術(shù)特色。從某種意義上講,數(shù)字化信息技術(shù)的運(yùn)用已把傳統(tǒng)意義上的戰(zhàn)爭(zhēng)疆域概念限定在極度狹窄的時(shí)域空間,導(dǎo)致了現(xiàn)代軍事學(xué)說的劃時(shí)代變革——從基于武器平臺(tái)的兵種機(jī)動(dòng)合成作戰(zhàn)到基于信息平臺(tái)的快速、精確打擊,使機(jī)動(dòng)化戰(zhàn)術(shù)失去了戰(zhàn)術(shù)存在的基礎(chǔ)。通過伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中美軍陸軍悖于常規(guī)的大縱深快速挺進(jìn)更加佐證了數(shù)字化信息指揮平臺(tái)的特殊重要性。信息化數(shù)據(jù)平臺(tái)的無縫鏈接,已把現(xiàn)代軍事學(xué)說提高到一個(gè)跨時(shí)代的嶄新階段。

    車載加固機(jī)在軍事與國防中應(yīng)用最為廣泛,軍事電子和信息技術(shù)由于其特殊的應(yīng)用屬性,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的武器控制平臺(tái)、戰(zhàn)地指揮平臺(tái)和中央指揮信息鏈交互平臺(tái)中處于愈發(fā)重要的地位。軍事用途的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由于其中樞神經(jīng)地位,必須保障其更可靠、更安全的運(yùn)行機(jī)制,才能保證計(jì)算機(jī)的各種敏感部件在惡劣環(huán)境下正常工作而不受影響。因此,軍事用途的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須按照完全能夠經(jīng)受苛刻環(huán)境考驗(yàn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造,或基于最優(yōu)化的計(jì)算平臺(tái)選擇實(shí)施可靠性、安全性為目的的加固技術(shù)措施。由于前種方式的時(shí)效性和成本性等要素的先天缺陷,采用優(yōu)選計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行加固的計(jì)算機(jī)是當(dāng)前世界軍事用途計(jì)算機(jī)的主流形式。

    正是因?yàn)檐娪糜?jì)算機(jī)的重要性,國家為此制定了國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB322A-98《軍用計(jì)算機(jī)通用規(guī)范》。從而擺脫了早期生產(chǎn)的車載加固機(jī)并沒有統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)的無序狀態(tài)?!盾娪糜?jì)算機(jī)通用規(guī)范》頒布之后,車載加固機(jī)有了明確的分類、具體的要求和可評(píng)價(jià)體系。

    在GJB322A-98中,軍用計(jì)算機(jī)從性能上分為:服務(wù)器、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)和其他。而從類型上分為:普通型、初級(jí)加固型、加固型、全加固型,車載加固機(jī)在應(yīng)用時(shí)即可單機(jī)獨(dú)立,亦可以多級(jí)級(jí)聯(lián)或并行使用。

    GJB322A-98對(duì)車載環(huán)境規(guī)定

    1.3.1.2:車載環(huán)境

    a.有空調(diào),載體靜止環(huán)境;

    b.無空調(diào),載體靜止環(huán)境;

    c.無空調(diào),載體移動(dòng)環(huán)境。

    GJB322A-98對(duì)軍用計(jì)算機(jī)類型規(guī)定:

    1.3.2.2 a.a類:初級(jí)加固型適合于車載有空調(diào)。

    1.3.2.3 a.a類:加固型適合于車載無空調(diào)。

    1.3.2.4 b.b類:全加固型適合于車載無空調(diào)移動(dòng)環(huán)境。

    GJB322A-98中,軍用計(jì)算機(jī)從性能特性上分為

    a.服務(wù)器:包括中心級(jí)服務(wù)器、部門級(jí)服務(wù)器、工作組級(jí)服務(wù)器;

    b.工作站;

    c.個(gè)人計(jì)算機(jī);

    d.嵌入式計(jì)算機(jī);

    e.其他。

    在GJB322A-98中,通過一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的引用對(duì)車載加固機(jī)在技術(shù)特點(diǎn)、環(huán)境要求、質(zhì)量保證、檢驗(yàn)方法、交裝貯運(yùn)等方面做出了詳盡的規(guī)定。

    GJB322A-98《軍用計(jì)算機(jī)通用規(guī)范》不僅作為軍用計(jì)算機(jī)的通用規(guī)范,同時(shí)亦應(yīng)成為車載加固機(jī)業(yè)界的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

    2 技術(shù)特征

    2.1性能特性

    車載加固機(jī)通常是由處理系統(tǒng)、顯示器、電源、機(jī)箱等部件組成,與通用計(jì)算機(jī)大體相同,但是部件的具體形態(tài)與結(jié)構(gòu)有較大差異。。

    車載加固機(jī)的實(shí)現(xiàn)目前主要有如下幾種方式:

    1、把優(yōu)選的計(jì)算組合平臺(tái)封裝到特制的加固機(jī)箱內(nèi);

    2、基于優(yōu)化平臺(tái)內(nèi)核的自定義擴(kuò)展功能重設(shè)計(jì)的單板計(jì)算機(jī)加固;

    3、基于板級(jí)和部件級(jí)加固的系統(tǒng)級(jí)加固。

    2.1.1 需求特點(diǎn)

    車載加固型計(jì)算機(jī)一般工作在沙塵飛揚(yáng)、顛簸振動(dòng)、高溫嚴(yán)寒、強(qiáng)電磁干擾等惡劣的野外環(huán)境,而且使用頻繁,甚至全天運(yùn)行,通過油機(jī)或電池供電。因此較之于通用計(jì)算機(jī)有下述區(qū)別。

    2.1.2 內(nèi)部配置

    車載加固計(jì)算機(jī)在配置上的第一要?jiǎng)?wù)是核心處理系統(tǒng)的選擇。區(qū)別于通用計(jì)算機(jī),其最大的特點(diǎn)是首先要在保證可靠性和安全性的前提下對(duì)計(jì)算性能進(jìn)行選擇。因此,不同于通用計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)工控機(jī)對(duì)CPU速度性能的刻意追求,而是在著意于滿足計(jì)算性能的基礎(chǔ)上對(duì)計(jì)算平臺(tái)的電氣和物理性能的穩(wěn)固性的要求,同時(shí)兼顧對(duì)其它系統(tǒng)部件(諸如載板、存儲(chǔ)、顯示及其它I/O部件等)的性能經(jīng)常性特殊的要求。

    2.1.3 結(jié)構(gòu)形式

    車載加固機(jī)機(jī)型分類:臺(tái)式、機(jī)柜式、獨(dú)立一體式、便攜式。

    機(jī)型圖片見附錄。

    結(jié)構(gòu)形式的重要性在于根據(jù)使用環(huán)境決定裝載空間、安裝方式和電纜連接要求?,F(xiàn)在越來越多的車載加固機(jī)采用開放的體系結(jié)構(gòu),使之能夠在配件的性能和加固特性上具有更多的選擇,順應(yīng)主流的通用的計(jì)算平臺(tái)。

    2.1.4 外部連接

    車載加固機(jī)需要通過連接器接駁外部裝置,越來越多樣化的外部裝置需要通過接口適配器連接,而每增加一個(gè)接口連接器就是對(duì)車載加固機(jī)在可靠性與電磁兼容能力的一項(xiàng)考驗(yàn)。有些專用車輛或平臺(tái)可為車載加固機(jī)提供獨(dú)特接口,但普通平臺(tái)沒有這種能力,因此要求車載加固機(jī)增強(qiáng)和擴(kuò)充配接連接器的能力,從而通過標(biāo)準(zhǔn)總線接口交換數(shù)據(jù)。

    2.2 技術(shù)特點(diǎn)

    2.2.1核心技術(shù)

    以往車載加固機(jī),通常選用傳統(tǒng)商用或傳統(tǒng)工控機(jī)CPU板卡和其它組件封裝在加固機(jī)箱中,構(gòu)成車載加固機(jī)系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)商用或傳統(tǒng)工控機(jī)CPU卡無論在電氣性能和機(jī)械性能的穩(wěn)固性方面,都存在先天性的不足,使得基于此類平臺(tái)的車載加固計(jì)算機(jī)的可靠性和可用性難盡人意。進(jìn)入2000年后,一些基于標(biāo)準(zhǔn)的高性能工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)總線技術(shù)開始應(yīng)用于車載加固計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,使其可靠性和可用性大幅度提高。這些新的高性能的核心技術(shù)包括:CPCI總線技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)ETX總線技術(shù)和STX總線技術(shù)等,為車載加固機(jī)提供了更加穩(wěn)固的計(jì)算平臺(tái)選擇。

    目前最普遍使用的車載加固計(jì)算機(jī)技術(shù)平臺(tái)為:CPCI、VME、ETX、STX、PCI04等。以下?lián)褚榻B三種應(yīng)用較為普及且具有良好技術(shù)前景的技術(shù)平臺(tái)。

    2.2.2 CPCI計(jì)算技術(shù)平臺(tái)

    CPCI是Compact PCI的簡(jiǎn)稱,是一種基于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線的小巧緊湊而又堅(jiān)固可靠的高性能總線技術(shù)。它將VME密集堅(jiān)固的封裝和極佳的冷卻效能與通用廉價(jià)、技術(shù)發(fā)展迅速的PC資源高度融合,定義了更加堅(jiān)固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面,它與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。使用標(biāo)準(zhǔn)的Eurocard外型插卡,安裝于固定支架上。

    2.2.2.1 CPCI規(guī)格

    ·               業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)PCI芯片組,以低價(jià)格提供高性能

    ·               單總線8個(gè)槽,可通過PCI橋擴(kuò)展

    ·               歐式插卡結(jié)構(gòu)

    ·               高密度氣密2mm針孔接頭

    ·               前面板安裝和拆卸

    ·               板卡垂直安裝利于冷卻

    ·               強(qiáng)抗沖擊和振動(dòng)特性

    2.2.2.2 CPCI的結(jié)構(gòu)

    CPCI板遵從Eurocard工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),定義了3U(100mm×160mm)和6U(233.35mm×160mm)兩種板尺寸,其具體形狀如圖所示。3U高度是滿足64位CPCI總線要求的最小尺寸;6U的尺寸是為了滿足信號(hào)線外擴(kuò)的需要以及板上器件空間外擴(kuò)的需要。CPCI背板連接器共有5個(gè)插座,J1~J5。規(guī)范只定義了J1和J2的信號(hào)線管腳,3U的CPCI板包括了J1和J2的插座,J3~J5插座包含在6U的Compact PCI板上,J3~J5的信號(hào)定義保留。

    CPCI系統(tǒng)由一個(gè)或一個(gè)以上的CPCI段組成,每一個(gè)段包括1塊系統(tǒng)板(System Slot)和7塊外圍板(Peripheral Slot),板與板中心的間距為20.32mm。系統(tǒng)板為所有在段內(nèi)的板提供仲裁、時(shí)鐘分配和復(fù)位功能。系統(tǒng)板負(fù)責(zé)執(zhí)行系統(tǒng)的初始化,管理每一個(gè)本地板的IDSEL信號(hào)。在物理上,系統(tǒng)板可以插在背板上的任何位置。為了簡(jiǎn)化問題,規(guī)范規(guī)定最左邊的槽位為系統(tǒng)板的插槽(從背板前面看)。

    2.2.2.3 CPCI的三大關(guān)鍵技術(shù)

    Ÿ                       PCI局部總線

    標(biāo)準(zhǔn)的Eurocard尺寸(根據(jù)IEEE 1101.1機(jī)械標(biāo)準(zhǔn))

    HD(高密度)2mm引腳與插座連接器(IEC認(rèn)可,Bellcore)

    PCI是一種獨(dú)立于處理器的數(shù)據(jù)總線,不但性能良好而且價(jià)格便宜。PCI局部總線定義兩種數(shù)據(jù)寬度:32位和64位,總線速度可達(dá)66MHZ,理論數(shù)據(jù)處理能力:32位為264MB/S,64位為528MB/S。大多數(shù)計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)都支持PCI。因?yàn)橛写罅恐С諴CI的產(chǎn)品,使得PCI產(chǎn)品既便宜又容易買到。擁有這些優(yōu)勢(shì),PCI總線非常適合在高速計(jì)算和高速數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域中應(yīng)用。

    ·   歐式插卡機(jī)械結(jié)構(gòu)

    歐式插卡機(jī)械結(jié)構(gòu)是一種由VMEbus推廣的工業(yè)級(jí)封裝標(biāo)準(zhǔn)。有兩種歐式插卡規(guī)格:3U和6U。3U CPCI卡尺寸為160mmx100mm,6U卡為160mmx233.35mm.。CPCI卡的前面板符合IEEE 1101.1和IEEE 1101.10標(biāo)準(zhǔn),并且可以包含可選的EMC密封圈以降低電磁干擾。典型情況下前面板包含I/O接口,LED指示燈和開關(guān)。CPCI也支持IEEE 1101.11的后面板I/O。由于其易于維護(hù)的特性,后面板I/O在電信設(shè)備上用的非常普遍。由于所有的連線都連接在后部轉(zhuǎn)接板上,前面的CPCI插卡沒有任何連線,因此可以在更換板卡時(shí)無需重新連線。

    ·   針孔連接器

    CPCI使用符合IEC-1076國際標(biāo)準(zhǔn)高密度氣密式針孔連接器,其2mm的金屬針腳具有低感抗和阻抗,從而減少了高速PCI總線引起的信號(hào)反射,使CPCI系統(tǒng)在單總線段即可達(dá)到8個(gè)槽,CPCI定義了5種接口:J1到J5。3U CPCI板卡只有J1和J2兩個(gè)接口,6U板J1到J5都包括。J1和J2在3U和6U CPCI板卡上的定義是一樣的,因此3U和6U CPCI板卡在電氣上是可以互換的。

    2.2.2.4 CPCI與傳統(tǒng)商用/工業(yè)PC的比較優(yōu)勢(shì)

    采用CPCI架構(gòu)的計(jì)算平臺(tái),相對(duì)于商業(yè)PC和傳統(tǒng)的工業(yè)PC架構(gòu)來講,更能適應(yīng)相對(duì)作業(yè)環(huán)境較為惡劣的環(huán)境(諸如溫度、沖擊、振動(dòng)、灰塵、電磁干擾、射頻干擾等),從而保證系統(tǒng)在惡劣條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

    CPCI基于PICMG2.0規(guī)范。CPCI的電氣特性與PCI總線相同,因此用戶的軟件和普通PC兼容,現(xiàn)有的PCI外圍卡也可以很容易移植到CPCI平臺(tái)。PCI使用2mm高密度針孔總線連接器,和使用金手指連接器的PCI卡相比,具有連接可靠、完全氣密的特點(diǎn),板卡的抗振性和抗腐蝕性大大提高。此外,CPCI板卡采用經(jīng)過20余年現(xiàn)場(chǎng)使用考驗(yàn)的歐規(guī)卡結(jié)構(gòu)。歐規(guī)卡采用垂直安裝、前抽取結(jié)構(gòu),提高了板卡的散熱性、抗振性和易維護(hù)性。

    CPCI雖然與標(biāo)準(zhǔn)PCI屬同一標(biāo)準(zhǔn),二者還是有很大的不同。與傳統(tǒng)商用PC和工控機(jī)相比,CPCI具有如下優(yōu)點(diǎn):

    1、系統(tǒng)抗振性強(qiáng)

    CPCI板卡上下有導(dǎo)軌固定,板卡的前端通過氣密性的針孔連接器和背板相連,每個(gè)接頭具有10kg的結(jié)合力。板卡可以通過面板螺絲固定在機(jī)箱上。CPCI板卡的前后上下都被固定,因此系統(tǒng)抗振性大大提高。

    2、支持帶電拔插

    CPCI的背板使用長(zhǎng)中短插針結(jié)構(gòu),其中Power和Ground針腳最長(zhǎng),可以保證板卡安全的帶電插入拔出。此外板選信號(hào)IDSEL,BD_SEL#針腳最短,系統(tǒng)借由此信號(hào)可以得知板卡是在插入過程或是拔出過程。另外,CPCI制定了熱插拔的硬件過程和軟件管理接口,保證了板卡熱插拔過程的有效性。

    3、支持后走線,便于方便配線

    CPCI的板卡的信號(hào)線不用從板卡前面板引出,可以通過背板將信號(hào)線用轉(zhuǎn)接板從后端引出。當(dāng)更換板卡時(shí),不需要更換信號(hào)線,這樣減少了更換板卡的工作量并減少因更換信號(hào)線而引起的出錯(cuò)概率。此外信號(hào)線從后端引出,設(shè)備前端也會(huì)比較美觀。

    4、板卡垂直安裝,有利于散熱

    CPCI板卡采用歐規(guī)卡結(jié)構(gòu),板卡垂直安裝,系統(tǒng)的散熱氣流從下而上吹,符合空氣對(duì)流原理,散熱效果好。

    5、CPCI板卡具有更好的電氣特性

    CPCI背板插針和接頭全部鍍金,并嚴(yán)格定義了信號(hào)線的最長(zhǎng)長(zhǎng)度,PCB板的阻抗、去偶電容、PCI上拉電阻阻值等電氣參數(shù),因此CPCI的電氣特性要優(yōu)于普通PCI工控機(jī)。

    6、防腐和電磁屏蔽性好

    CPCI使用2mm氣密性針孔總線連接器,鹽霧、酸霧和帶電粉塵不能腐蝕總線。同時(shí),CPCI的全鋁合金機(jī)箱外殼和板卡的U型彈簧片能給系統(tǒng)提供良好的電磁屏蔽保護(hù)。

    7、抗靜電好

    CPCI板卡下端具有3段靜電導(dǎo)出條,可以靜電導(dǎo)出到大地。另外CPCI規(guī)定系統(tǒng)的邏輯地和機(jī)箱地隔離,保持系統(tǒng)不受外界干擾?;赑ICMG1.0的工控機(jī)無法做到機(jī)箱地和邏輯地隔離。

    8、機(jī)箱深度淺,便于機(jī)柜安裝

    CPCI的機(jī)箱深度只有258mm,大大短于普通工控機(jī)的機(jī)箱深度400~450mm,給機(jī)柜安裝留下了更大空間,便于用戶安裝其它配線設(shè)備。

    2.2.2.5 CPCI面臨的挑戰(zhàn)和未來技術(shù)選擇的遷移

    目前,CPCI產(chǎn)品設(shè)計(jì)者總能在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的規(guī)范下所提供的功率與空間范疇內(nèi),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用者對(duì)效能表現(xiàn)的期望以及滿足周邊裝置的需求。隨著整個(gè)產(chǎn)業(yè)界開始準(zhǔn)備下一代的x86處理器與技術(shù),這些挑戰(zhàn)也變得更加難以克服。這些挑戰(zhàn)包括卡板的大小、可供應(yīng)的功率,以及散熱問題等。目前的單槽CPCI處理器卡板采用1.7GHz的Mobile Pentium 4微處理器,最典型的是產(chǎn)生30Watts的功率消耗,這些卡板在大部分的CPCI系統(tǒng)中所能提供的每槽50Watss功率的條件下是沒有問題的,當(dāng)設(shè)計(jì)者開始將目標(biāo)放在3GHz Pentium 4微處理器,消耗80Watts的功率時(shí),在散熱的處理上和空間限制上的挑戰(zhàn)就變得比較嚴(yán)重了。要解決這些挑戰(zhàn),設(shè)計(jì)者所要了解的不僅是在PICMG2.0中所定義的CPCI詳細(xì)規(guī)范,還包括了內(nèi)存空間限制、板卡尺寸大小限制、散熱技術(shù)設(shè)計(jì)等的種種假設(shè)。對(duì)CPCI卡板的產(chǎn)品使用者而言,也必須對(duì)下一代x86處理器會(huì)對(duì)平臺(tái)的使用帶來何種關(guān)連性的影響要有一個(gè)系統(tǒng)性的概念?;诖?,在當(dāng)前x86處理器技術(shù)不斷高速發(fā)展的情況下,用戶對(duì)抗惡劣工作環(huán)境的高性能計(jì)算平臺(tái)的選擇,特別是期望產(chǎn)品有相對(duì)穩(wěn)定的生命周期的情況下,傾向從嵌入式及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品——諸如ETX(STX)或有長(zhǎng)周期支持的產(chǎn)品線進(jìn)行選擇。這些產(chǎn)品并不像桌上型計(jì)算機(jī)或服務(wù)器的處理器那樣前端,生命周期是用年而不是用月來計(jì)算。此外,該類產(chǎn)業(yè)也藉由mobile processor的使用而取得一些優(yōu)勢(shì),其處理器在電源供應(yīng)的需求上和嵌入式以及電信領(lǐng)域的應(yīng)用非常類似,同時(shí),產(chǎn)品功能的定義和集成度具有更高的靈活性。

    2.2.3 ETX計(jì)算技術(shù)平臺(tái)

    ETX(Embeded Technology eXtended),是嵌入式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)?;贓TX技術(shù)的核心模塊,涵蓋了高性能x86系列的CPU、芯片組、南北橋、顯示芯片、網(wǎng)絡(luò)芯片、音頻控制器、Super I/O控制器等,是高度集成化的All-in–one PC基核。背面的4×100pin總線引腳定義了PC的標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)以及PCI和ISA信號(hào)等。應(yīng)用時(shí)在基板上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的4×100pin插座,擴(kuò)展的I/O功能可通過總線上的PCI或ISA實(shí)現(xiàn)。ETX產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期。

    不同檔次的CPU提供不同的性能。只需使用4個(gè)100-Pin的高密度的連接器就可以把集成在ETX模塊上的所有PC功能引到定制的包含用戶額外功能的Baseboard(背板)上,ETX模塊與Baseboard合二為一,共同構(gòu)成所需功能的板卡。基于ETX模塊的產(chǎn)品很容易升級(jí),在Baseboard不變的前提下,只需插上新一代ETX模塊即可。

    ETX可安裝在以下規(guī)范的板子上

    ATX、PICMG、CPCI、ISA、PCI、PC-104、PISA、VME與其它。

    2.2.3.1 ETX目標(biāo)應(yīng)用

    當(dāng)通用CPU板卡的功能、I/O接口、尺寸大小、連接器位置等不能滿足應(yīng)用需求時(shí),或者期望產(chǎn)品自身保持相當(dāng)?shù)纳芷?,開放式標(biāo)準(zhǔn)的ETX是最佳選擇。ETX是針對(duì)各類專業(yè)應(yīng)用的嵌入式PC主板,主要面向?qū)S糜?jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和使用者?;贓TX設(shè)計(jì),可根據(jù)實(shí)際需要自定義板卡的形狀、功能、尺寸、接插件位置和類型等,并能直接集成擴(kuò)展的I/O功能。從而增加了主板的集成度,同時(shí)也縮短了開發(fā)周期并簡(jiǎn)化了整個(gè)生產(chǎn)過程。

    ETX應(yīng)用系統(tǒng)都需要用戶自己設(shè)計(jì)底板,在底板上設(shè)計(jì)四個(gè)ETX插座(X1-X4),以ETX為核心,在周邊設(shè)計(jì)I/O和PCI/ISA相關(guān)接口電路,PCB設(shè)計(jì)4層或4層以上,電源最好設(shè)計(jì)為單獨(dú)的內(nèi)電層。

    2.2.3.2 ETX總線接口

    ETX接口由PCI、ISA總線及許多I/O口組成,它是通過四個(gè)100pin的連接器來實(shí)現(xiàn)的

    ETX連接器X1:PCI總線、USB、聲卡

    ETX連接器X2:ISA總線

    ETX連接器X3:VGA、LCD(LVDS)、COM1/2、IrDA、鍵盤/鼠標(biāo)

    ETX連接器X4:EIDE(×2)、以太網(wǎng)、特性信號(hào)

    2.2.3.3 ETX模塊包含的芯片和信號(hào)

    Ÿ                       表貼CPU

    Ÿ                       系統(tǒng)邏輯/套片

    Ÿ                       系統(tǒng)存儲(chǔ)器

    Ÿ                       PCI & ISA BUS

    Ÿ                       圖形適配器

    Ÿ         VGA 圖形接口

    Ÿ                       LCD 接口

    Ÿ                       USB masters

    Ÿ                       2個(gè)E-IDE通道1個(gè)用于板內(nèi)Flash Disk,另1個(gè)由ETX接口引出

    Ÿ         SUPER I/O 控制器:串行接口(TTL電平),IR通訊口,雙向并行口,鍵盤/PS-2鼠標(biāo)口,軟盤控制器

    Ÿ         10/100MB LAN通過ETX接口引到Baseboard上的隔離變壓器上

    Ÿ         IDE Flash Disk

    Ÿ         其他附加信號(hào)

    2.2.3.4 ETX Baseboard

    Baseboard也稱為載板或背板,是ETX模塊的I/O出口(通過ETX接口)。Baseboard可以提供標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換并輸出PC I/O信號(hào),如COM口TTL電平至RS-232/422/485轉(zhuǎn)換,AC-link至AC'97語音轉(zhuǎn)換(經(jīng)過AC'97 CODEC),Ethernet信號(hào)數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換,輸出并口信號(hào),IrDA、Floppy、USB、IDE、LCD、CRT信號(hào)等等,ETX還提供數(shù)個(gè)PCI master和完整的ISA信號(hào),這使得未來的設(shè)計(jì)者能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的PC總線接口配備特殊的功能。另外,還可輸出第二個(gè)IDE,以及其它的TTL LCD信號(hào),可以向Baseboard引出2組FPC接口,以更好地滿足應(yīng)用需要。

    Baseboard的設(shè)計(jì)成本相對(duì)不高,Baseboard上可提供額外的功能并可把連接器準(zhǔn)確地安放在所需的位置。

    2.2.3.5 ETX 插頭高度配置

    為了將ETX模塊恰當(dāng)?shù)匕惭b在Baseboard上,要給兩塊板子之間的元器件留有足夠的空間,ETX模塊有兩種不同的配置:Type I /Type II:

    Ÿ                       Type I.

    ETX模塊使用4.6mm高的插頭,為兩板之間的元器件留出4.5m空間。

    Ÿ         Type II.

    ETX模塊使用6.6mm高的插頭,這種配置為Baseboard板上的元器件到ETX 板之間留有2mm 以上的空間。

    ETX接口由2對(duì)200-Pin連接器組成:ETX模塊一側(cè)有2個(gè)插頭,分別命名為P1和P2,Baseboard一側(cè)有2個(gè)插座,分別命名為J1和J2。

    2.2.3.6 ETX基本開發(fā)步驟
    1、確認(rèn)系統(tǒng)的主要功能和達(dá)到的性能,初步選擇配置一種ETX
    2、選擇外圍設(shè)備和接口芯片;
    3、在臺(tái)式機(jī)上開發(fā)應(yīng)用;
    4、評(píng)估系統(tǒng)的能力和達(dá)到的指標(biāo);
    5、反復(fù)修改配置和程序;
    6、確認(rèn)ETX配置和外圍電路;
    7、進(jìn)行步驟3、4、5、6的同時(shí)進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)、加工;
    8、安裝ETX,程序下載到ETX系統(tǒng);
    9、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,修改程序。

    2.2.4 STX計(jì)算技術(shù)平臺(tái)

    STX(Smart Technology eXtended)在電氣性能方面與ETX處于同一檔次,但有較之于更好的機(jī)械特性,更小的結(jié)構(gòu)尺寸,更多的附加信號(hào),支持PC104+,是快速開發(fā)高集成度、高性能All-in-one單板專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理想選擇。

    STX允許獨(dú)立于頻繁更換部件的PC機(jī)的特殊應(yīng)用并保證用戶解決方案的長(zhǎng)期性。在持久的解決方案中由于使用最合適的SoM's模塊,STX通常承諾最好的CPU和圖形性能而不改變用戶的基板設(shè)計(jì)。

     

    SoM(System-on-a-Modules)是一個(gè)高度集成了PC系統(tǒng)的All-in-One模塊,以STX為基礎(chǔ)的STX模塊,其集成了所有通用PC的功能。是用戶快速、高性價(jià)比的單板機(jī)設(shè)計(jì)的高階基礎(chǔ)。所有System-on-a-Modules包含:

    表貼PIII級(jí)以上處理器
    系統(tǒng)邏輯/芯片組
    系統(tǒng)內(nèi)存
    PCI&ISA總線
    圖形適配器
    VGA圖形接口
    數(shù)字平臺(tái)圖形接口
    兩個(gè)USB控制器
    兩個(gè)E-IDE通道
       一個(gè)用于板內(nèi)Flash盤
       另一個(gè)引到STX接口
    super I/O控制器帶有
       2個(gè)串行UARTs作為TTL信號(hào)

    引到STX接口
       1個(gè)紅外端口
       1個(gè)雙向并行端口
       鍵盤&PS/2鼠標(biāo)控制器
       軟驅(qū)控制器
    10/100Mbit快速以態(tài)網(wǎng)控制器,引到STX接口
    IDE Flash盤                                                        

     

        STX接口將內(nèi)嵌式PC的傳統(tǒng)PCB技術(shù)從保守的應(yīng)用(如工業(yè)控制或多媒體系統(tǒng))中分離出來。

     

     

    以下是基于低功耗PIII400-850 STX模塊的相關(guān)特性描述

     

    特性:

    Intel低功耗Pentium III 850/700,650/500,400處理器
    Pro Savage Twister和Super South芯片組
    帶有4M共享顯存的AGP 4XSavage4圖形加速器
    SO-DIMM插槽的PC133內(nèi)存最高可達(dá)1.5GB
    集成了8-128M Flash盤
    集成了SoundBlaster Pro硬件
    板子尺寸:96X90mm

    引到STX接口的SoM接口:

    TFT顯示和CRT監(jiān)控器
    音頻輸入,音頻輸出
    兩個(gè)USB
    兩個(gè)串口
    1個(gè)并口
    IDE和FDC
    鍵盤和鼠標(biāo)
    10/100Mbit LAN
    PCI&ISA

     

     

    2.2.5.1 電路設(shè)計(jì)步驟

    1、基于應(yīng)用確認(rèn)系統(tǒng)主要功能和要達(dá)到的性能,并選擇相應(yīng)的STX模塊;

    2、基于系統(tǒng)要求確認(rèn)開發(fā)電路的主要功能、電氣性能、接口數(shù)量和形式、結(jié)構(gòu)形式、機(jī)械尺寸等參數(shù);

    3、提出和論證解決方案;

    4、硬件設(shè)計(jì)和開發(fā),同時(shí)在臺(tái)式機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)程序開發(fā)和測(cè)試;

    5、評(píng)估系統(tǒng)的能力和達(dá)到的指標(biāo);

    6、PCB設(shè)計(jì)、審核、加工;

    7、樣板生產(chǎn)。安裝STX模塊,并將程序下載到STX系統(tǒng);

    8、EMI,溫度實(shí)驗(yàn),,振動(dòng)測(cè)試;

    9、樣板處理及穩(wěn)定度測(cè)試;

    10、印刷電路修正及正式樣板生產(chǎn)。

    2.2.5.2 電路功能、接口及機(jī)械結(jié)構(gòu)說明

    1、電路功能;

    2、接口數(shù)量和形式;

    3、電氣性能;

    4、機(jī)械結(jié)構(gòu)。

    2.3 關(guān)鍵技術(shù)

    為適應(yīng)在惡劣環(huán)境中工作,車載加固機(jī)必須在設(shè)計(jì)與制造過程中采用許多特殊的技術(shù)措施,以此保證使用要求。最為常用的技術(shù)措施有以下三項(xiàng):

    1、抗強(qiáng)電磁干擾設(shè)計(jì);

    2、抗惡劣環(huán)境能力設(shè)計(jì);

    3、可靠性設(shè)計(jì)。

    2.3.1 電磁兼容性

    在GJB322A-98中規(guī)定了車載加固機(jī)的電磁兼容性要求,一般應(yīng)符合GJB151A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》相應(yīng)類別的有關(guān)規(guī)定。這表明車載加固機(jī)應(yīng)在以下方面達(dá)到GJB151A-97的相關(guān)要求,并且按照GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》所規(guī)定的測(cè)量方法通過測(cè)試。

    1、RE102 電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗(yàn);

    2、CE102 電源線傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn);

    3、RS103 電場(chǎng)輻射敏感度試驗(yàn);

    4、CS101 電源線傳導(dǎo)發(fā)射敏感度試驗(yàn);

    5、CS114 電纜束注入傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn);

    6、CS115 電纜束注入脈沖激勵(lì)傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn);

    7、CS116 電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn);

    8、ESD   靜電放電試驗(yàn)。

    為達(dá)到GJB151A-97的相關(guān)要求,通常車載加固機(jī)必須采取多種技術(shù)措施。

    2.3.1.1 屏蔽措施

    不同類型的車載加固機(jī)所采用的屏蔽措施各不相同,當(dāng)采用全封閉整體焊接,熱傳導(dǎo)設(shè)計(jì)的機(jī)箱時(shí),屏蔽措施僅僅限于機(jī)箱結(jié)合部位,而對(duì)于采用風(fēng)冷的非封閉機(jī)箱,電磁屏蔽的處理就將復(fù)雜很多。

    通常電磁屏蔽的基本措施為:

    1、機(jī)箱結(jié)合縫隙:選用鈹銅合金簧片或?qū)щ娕菝蓿?o:p>

    2、風(fēng)冷通道:選用蜂巢式屏蔽通風(fēng)波導(dǎo)網(wǎng);

    3、顯示屏正面:選用高目防數(shù)信息泄漏電磁屏蔽玻璃(兩層干法玻璃夾層中鑲嵌250目金屬電磁屏蔽網(wǎng));

    4、連接端口:選用軍用航空插座,帶屏蔽層導(dǎo)線并在導(dǎo)線兩端增加磁環(huán);

    5、電源:引線輸入端增加低通濾波器,盡可能縮短入線長(zhǎng)度并接地;

    6、對(duì)非金屬外殼應(yīng)在內(nèi)壁涂覆性能良好的導(dǎo)電涂層。

    2.3.1.2 屏蔽方法

    1、電磁屏蔽的方法較為復(fù)雜,往往會(huì)因?yàn)椴考兓?、結(jié)構(gòu)外形與材料變化或電磁材料的變化使整機(jī)的電磁兼容性能產(chǎn)生波動(dòng),因此穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝與質(zhì)量檢驗(yàn)決定了整機(jī)的電磁兼容指標(biāo)。

    2、對(duì)測(cè)試的頻段進(jìn)行具有針對(duì)性的有效屏蔽是提高整機(jī)電磁兼容指標(biāo)的良好方法。對(duì)于頻段的高低兩端的屏蔽可以適當(dāng)放松,而針對(duì)含有有效信息的頻段采用卓有功效的屏蔽。

    2.3.2 環(huán)境適應(yīng)性

    2.3.2.1 部件處理

    直接選擇電磁兼容性符合要求的顯示器、硬盤、光驅(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)等產(chǎn)品是最理想的方法,但是由于此類產(chǎn)品價(jià)格甚高,一般價(jià)格是同類商用產(chǎn)品的十?dāng)?shù)倍或數(shù)十倍,很多時(shí)候出于產(chǎn)品成本的考慮,往往需要制造者自己完成部件的抗惡劣環(huán)境加工,使部件達(dá)到預(yù)期要求。

    通常的抗惡劣環(huán)境加工包括:提高環(huán)境適應(yīng)能力,提高抗沖擊振動(dòng)能力,提高電磁屏蔽能力。

    抗惡劣環(huán)境加工的方法一般為:

    1、選擇經(jīng)過質(zhì)量認(rèn)證的部件產(chǎn)品;

    2、進(jìn)行測(cè)試、篩選與老化;

    3、進(jìn)行多方面抗惡劣環(huán)境處理。

    2.3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    2.3.2.2.1 機(jī)箱

    車載加固機(jī)要承受載體行進(jìn)帶來的振動(dòng)和顛簸所造成的扭力與沖擊,而保證整機(jī)的正常完好,同時(shí)應(yīng)能夠滿足GJB322A-98規(guī)定的相應(yīng)要求。通常全加固型車載加固機(jī)采用導(dǎo)冷技術(shù)與全封閉機(jī)箱,而初級(jí)加固型車載加固機(jī)多采用風(fēng)冷機(jī)箱。

    整體焊接或鑄造的封閉機(jī)箱堅(jiān)固、密封性好;一般無風(fēng)道設(shè)計(jì),通過箱體散熱,箱體材料多為鋁或其它質(zhì)量較輕合金材料,使用時(shí)可安裝于19″標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜或直接固定于車壁,適用于履帶式或重型車輛。

    非封閉型機(jī)箱通過風(fēng)機(jī)冷卻,由此帶來了電磁屏蔽與三防處理問題,且因風(fēng)機(jī)為機(jī)械部件,需要維護(hù)保養(yǎng)。但由于造價(jià)較低,應(yīng)用廣泛,一般普通車輛裝載的車載加固機(jī)多為此類機(jī)箱。

    在非封閉型機(jī)箱類型中的雙層機(jī)箱是一種有創(chuàng)意的設(shè)計(jì),該機(jī)箱分為內(nèi)外兩層,外機(jī)箱箱壁上安裝航空連接器、電源與顯示器等外部設(shè)備并通過減振器支撐內(nèi)機(jī)箱,而內(nèi)機(jī)箱中安裝CPU、硬盤等核心部件。內(nèi)外機(jī)箱的結(jié)合,既提高了電磁屏蔽的性能,又起到了與外界隔離的作用;既降低了外部環(huán)境對(duì)加固機(jī)的影響,又保持較低的機(jī)箱造價(jià)。

    2.3.2.2.2 減振

    車載加固機(jī)為滿足GJB322A-98中3.9.4~3.9.8規(guī)定的要求必須采取減振措施緩沖。常用的減振的方式為:

    材  質(zhì)

    減 震 器

    作用部位

    金 屬 簧

    拉簧

    三維減振彈簧

    無諧振峰避振器

    機(jī)  箱

    橡   膠

    膠圈

    膠柱

    膠球

    機(jī)箱

    部件

    工程塑料

    襯墊

    墊圈

    部  件

     

    一些車載加固機(jī)使用多重減振技術(shù),如控制臺(tái)式車載加固機(jī)構(gòu)架底部與腰部使用減振器減振,內(nèi)層機(jī)箱與控制臺(tái)結(jié)構(gòu)使用橡膠圈減振,而對(duì)硬盤使用空心橡膠柱減振。

    2.3.3 穩(wěn)定性

    為使車載加固機(jī)能夠穩(wěn)定工作,除了在可靠性與安全性應(yīng)滿足GJB322A-98規(guī)定的相應(yīng)要求,還需要針對(duì)其在車輛上工作的特點(diǎn),加以注意。

    2.3.3.1 電源

    大多數(shù)車載加固機(jī)對(duì)電源均有一些獨(dú)特的處理方式。

    2.3.3.1.1 供電方式

    車載加固機(jī)因其工作環(huán)境的特點(diǎn),一般不使用交流供電方式,而是使用直流27V。直流供電,無論是借助汽車電瓶或是便攜發(fā)電機(jī)供電都很方便。

    因此,大多數(shù)車載加固機(jī)的產(chǎn)品型譜上大都標(biāo)明電源輸入為:AC110V/ AC220V 50Hz/DC27V。在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí),根據(jù)用戶要求配備直流或交流電源模塊。

    2.3.3.1.2 三地分離

    很多車載加固機(jī)以三地分離方式進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。在加固機(jī)內(nèi)部將直流地(GND)、交流零線(Null)、機(jī)殼(Ground)嚴(yán)格區(qū)分開,統(tǒng)稱三地。產(chǎn)品交付用戶后,在安裝或連接整車系統(tǒng)時(shí),最終按照用戶的要求接地。機(jī)殼地或搭鐵或由整車系統(tǒng)接大地,隨系統(tǒng)要求而定。在直流供電的系統(tǒng)中,交流零線對(duì)應(yīng)于直流27V“-”端,其余關(guān)系不變。

    2.3.3.2 冗余設(shè)計(jì)

    車載加固機(jī)應(yīng)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。車載加固機(jī)冗余設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于結(jié)構(gòu),如何在封閉性良好的加固機(jī)上靈活地更換冗余部件是設(shè)計(jì)關(guān)鍵。目前,冗余硬盤、冗余電源與可熱插拔風(fēng)扇都已應(yīng)用車載加固機(jī)中,相信這將使車載加固機(jī)的可靠性有所提高。

    2.3.3.3 固態(tài)盤

    對(duì)于要求在載體移動(dòng)環(huán)境中工作(動(dòng)中通)的車載加固機(jī),要使用固態(tài)盤,根據(jù)操作系統(tǒng)的不同,固態(tài)盤的容量應(yīng)大于2GB,方可滿足GJB322A-98附錄中規(guī)定的通用操作系統(tǒng)要求。

    3 應(yīng)用特點(diǎn)

    車載加固機(jī)的應(yīng)用應(yīng)以務(wù)實(shí)為第一,以下是幾條應(yīng)用與選型的基本原則:

    1、應(yīng)用方向選擇:過程控制還是數(shù)據(jù)處理,并非指標(biāo)越高越好;

    2、環(huán)境條件選擇:溫度與濕度的應(yīng)用指標(biāo),并非指標(biāo)越寬越好;

    3、電磁屏蔽選擇:電磁輻射與敏感度指標(biāo),并非指標(biāo)越嚴(yán)越好;

    4、走出應(yīng)用誤區(qū):盲目追求高性能帶來的穩(wěn)定性與可靠性的下降。

    3.1 設(shè)計(jì)原則

    3.1.1 加固計(jì)算機(jī)系統(tǒng)規(guī)劃原則

    車載加固計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用屬性,決定了系統(tǒng)必須具備抗惡劣工作環(huán)境和抵御強(qiáng)電磁干擾的優(yōu)異性能。因此,需要遵循如下原則:

    1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu);

    2、計(jì)算平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、一體化、小型化、靈活化;

    3、部件選擇保證較高電氣和機(jī)械性能的同時(shí),保證較高計(jì)算性能;

    4、通過自定義設(shè)計(jì)用板載連線取代外部連線,用航空插座取代通用插座;

    5、部件和系統(tǒng)機(jī)箱多重加固。

    同時(shí)由于車載加固機(jī)系統(tǒng)屬于專用信息系統(tǒng),需要額外的自定義擴(kuò)展功能和特殊的接駁形式,通用的商用計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)工控機(jī)板卡及其部件由于其固有的通用功能且電氣和機(jī)械性能難以滿足系統(tǒng)構(gòu)成要求,因此應(yīng)該選擇基于標(biāo)準(zhǔn)的更高性能的工業(yè)級(jí)計(jì)算平臺(tái)內(nèi)核與部件,在較高的電氣和機(jī)械性能的基礎(chǔ)上,通過高度模塊化的板級(jí)集成來達(dá)到高可靠性、高可用性和自定義擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、一體化、小型化的高度融合。

    3.1.2 平臺(tái)的構(gòu)成及部件選擇優(yōu)化

    1、加固型服務(wù)器

    選用CPCI總線結(jié)構(gòu)平臺(tái)作為服務(wù)器計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)。選用3U/6U PIII級(jí)CPU板,加固型TFT、EL、AM型平板寬溫顯示器,加固型防水鼠標(biāo)鍵盤,3U/6U CPCI加固機(jī)箱。

    2、加固型工作站

    選擇ETX總線結(jié)構(gòu)PIII級(jí)核心計(jì)算模塊作為加固工作站的計(jì)算平臺(tái),加固型TFT、EL、AM型平板寬溫顯示器,加固型防水鼠標(biāo)鍵盤,上架式硬盤加固。其它部件進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)機(jī)箱內(nèi)加固。

    3、加固型便攜式移動(dòng)工作站

    選擇STX總線結(jié)構(gòu)PIII級(jí)核心計(jì)算模塊作為加固工作站的計(jì)算平臺(tái),加固型TFT、EL、AM型平板寬溫顯示器,內(nèi)嵌式加固型防水鼠標(biāo)鍵盤,其它部件進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)機(jī)箱內(nèi)加固。

    3.1.3 板級(jí)重設(shè)計(jì)和加固機(jī)箱重設(shè)計(jì)

    加固型工作站和便攜移動(dòng)工作站,出于自定義擴(kuò)展功能、接口形式、接駁連線方式及高集成化帶來小型化考慮,選擇俄ETX與STX高性能計(jì)算模塊作為計(jì)算平臺(tái)內(nèi)核,需要通過背板設(shè)計(jì)構(gòu)成系統(tǒng)平臺(tái)。通過優(yōu)化的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)完善的自定義功能和接口形式的定義,形成工作站的主機(jī)板。

    雖然車載加固機(jī)選用優(yōu)于商用通用計(jì)算機(jī)及傳統(tǒng)工控機(jī)性能的部件已具有良好的電氣和機(jī)械特性,并且經(jīng)過基于核心計(jì)算模塊的自定義板級(jí)設(shè)計(jì)保證了小型化高集成度的特性,但不能取代系統(tǒng)對(duì)加固型機(jī)箱的需要,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組成匹配的高可靠性和高可用性,因此加固型機(jī)箱設(shè)計(jì)是不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。

    3.2 成本分析

    車載加固機(jī)的產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)高于同等技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算機(jī),而同為加固機(jī),初級(jí)加固型、加固型、全加固型三種類型的價(jià)格由也有很大差異,因此在選用產(chǎn)品時(shí)必須要考慮機(jī)器的成本,必須在初級(jí)加固型、加固型、全加固型三種做出抉擇。

    造成車載加固機(jī)高價(jià)位的原因是其高昂的測(cè)試成本,生產(chǎn)成本,維護(hù)成本。

    加固型、全加固型其環(huán)境適應(yīng)性非常寬泛,因此諸如顯示器、硬盤等部件需要專門訂制,價(jià)格自然不菲;即使是初級(jí)加固型產(chǎn)品也需要花費(fèi)大量的測(cè)試費(fèi)用從民用或工業(yè)用產(chǎn)品中篩選、老化出合乎要求的產(chǎn)品部件,從而實(shí)現(xiàn)車載加固機(jī)的產(chǎn)品品質(zhì)。

    由于車載加固機(jī)的使用條件苛刻,經(jīng)常會(huì)在溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)的方面不經(jīng)意間突破環(huán)境指標(biāo)的極限,因此維修成本較高。用戶在使用時(shí)如能定期維護(hù)將有助于降低維護(hù)成本,延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。

    合理選用總線型核心部件產(chǎn)品,有利于系統(tǒng)的更新與升級(jí),延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期,能夠更有效的保護(hù)系統(tǒng)資源。

    4 結(jié)束語

    隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷普及,車載加固機(jī)會(huì)有良好的發(fā)展前景,特別是初級(jí)機(jī)固型加固機(jī),因其價(jià)格的低廉,應(yīng)用將更加廣泛。嵌入式技術(shù)是未來車載加固機(jī)的方向,今后車載加固機(jī)會(huì)更多采用嵌入式技術(shù),縮小加固機(jī)體積,逐漸降低產(chǎn)品成本,在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域占有更多的份額。




     
     
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