330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / СтандартРС-104

PC/104 – стандарт

для жёстких условий

эксплуатации

В данной статье рассмотрены основные форм факторы стандарта PC/104.

Представлены ключевые преимущества изделий данного стандарта применительно

к работе в жёстких условиях эксплуатации и использованию в ответственных

приложениях. Описаны наиболее интересные новинки от ведущих производителей

продукции стандарта PC/104.

Стандарт PC/104, начиная с момента

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ СТАНДАРТА

уменьшении габаритных размеров и

основания консорциума PC/104 в 1991

PC/104

энергопотребления

компьютерных

году и создания первой спецификации

Спецификация PC/104 была разра

систем. Каждая из этих целей была дос

стандарта в 1992 году, активно развива

ботана как метод расширения больших

тигнута без ущерба для аппаратной и

ется и завоёвывает популярность в об

компьютерных плат дополнительными

программной совместимости с попу

ласти построения надёжных систем уп

функциональными возможностями.

лярными компьютерными стандарта

равления, предназначенных для рабо

Позже были разработаны первые про

ми. Спецификация PC/104 предлагает

ты в жёстких условиях эксплуатации.

цессорные платы этой спецификации.

полную архитектурную, аппаратную и

Сегодня продукция, выполненная в

Сегодня более 100 фирм во всём мире

программную совместимость с компью

соответствии с требованиями стандар

предлагают выполненные в стандарте

терными стандартами

в компактных

та PC/104, широко применяется в раз

PC/104 процессорные платы, платы

размерах плат 3,6"×3,8" (91,44×96,52 мм).

личных отраслях. Системы управления

дискретного и аналогового ввода вы

Название стандарта было получено из

беспилотными летательными аппара

вода, коммуникационные платы, ис

за применения 104 контактного разъё

тами, бортовые системы контроля и

точники питания, корпуса и дополни

ма шины ISA, расположенного в ниж

навигации, ракетные комплексы, пер

тельные аксессуары. Поскольку такое

ней части платы.

сональные средства коммуникации –

большое количество компаний предла

PC/104 Plus – этот форм фактор по

вот далеко не полный перечень наибо

гает совместимое между собой и разно

лучился путём добавления шины PCI с

лее популярных приложений изделий,

образное по функциональным возмож

помощью 120 контактного разъёма в

созданных на базе стандарта PC/104.

ностям оборудование одного стандар

верхней части платы. Данная специфи

Большинство инженеров отдают пред

та, то сам стандарт можно рассматри

кация была принята в 1997 году. При

почтение таким изделиям благодаря их

вать как гарантированную основу для

менение шины PCI позволило расши

преимуществам, обеспечиваемым ма

построения высоконадёжных встраи

рить функциональные возможности

лым весом и габаритами, быстротой

ваемых систем из компонентов с дли

систем за счёт PCI совместимых функ

конструирования всей системы и лёг

тельным сроком доступности. Инже

ций: видео, Ethernet и других коммуни

костью её изменения, механической

неры могут использовать платы раз

кационных функций. При этом платы

надёжностью как разъёмов, так и всей

личных производителей, а также варь

PC/104 Plus полностью совместимы со

конструкции в целом.

ировать платы, как процессорные, так

всеми платами, выполненными в стан

В данной статье хотелось бы предло

и периферийные, получая готовые сис

дарте PC/104 (только шина ISA).

жить читателям познакомиться с ос

темы, соответствующие требованиям

PCI 104 был принят в 2004 году. Этот

новными преимуществами стандарта

конкретного применения.

форм фактор получился при удалении

PC/104, рассказать обо всех существую

Рассмотрим форм факторы, сущест

шины ISA с платы PC/104 Plus. В ре

щих форм факторах, а также представить

вующие в рамках стандарта PC/104.

зультате осталась только 120 контакт

новые интересные изделия и решения

Сам форм фактор PC/104 был при

ная шина PCI с разъёмом в верхней час

22 от ведущих мировых производителей.

нят в 1992 году в ответ на требования об

ти платы. Удаление большого разъёма

www.cta.ru

© СТА-ПРЕСС

СТА 1/2011

О Б З О Р / В С Т Р А И В А Е М Ы Е С И С Т Е М Ы

Таблица 1

Основные особенности форм факторов, принятых в рамках стандарта PC/104

ФОРМ ФАКТОР

ТИП

РАЗМЕР (мм)

ШИНА

ОСОБЕННОСТИ

PC/104

Стековая концепция

90×96

ISA

Малый размер, стековая конструкция

PC/104 Plus

Стековая концепция

90×96

ISA + PCI

Малый размер, высокоскоростная шина, больше возможностей по расширению

функционала с помощью шин ISA и PCI

PCI 104

Стековая концепция

90×96

PCI

Малый размер, высокоскоростная шина, используется только шина PCI

PCI/104 Express

Стековая концепция

90×96

PCIe + PCI

Малый размер, современная высокоскоростная шина PCIe

PCIe/104

Стековая концепция

90×96

PCIe

Малый размер, только шина PCIe

146×203

Большие размеры позволяют размещать больше функциональных элементов на плате.

EBX

Материнская плата

ISA + PCI

Кроме того, есть возможность отвести больше тепла, что позволяет применять

высокопроизводительные процессоры

EBX Express

Материнская плата

146×203

PCIe + PCI

Все преимущества форм'фактора EBX, плюс шина PCIe

115×165

Все необходимые разъёмы расположены на плате, что позволяет не использовать большое

EPIC

Материнская плата

ISA + PCI

количество кабелей. Увеличенный размер предоставляет возможность использовать

высокопроизводительные процессоры

EPIC Express

Материнская плата

115×165

PCIe + PCI

Все преимущества форм'фактора EPIC, плюс шина PCIe

шины ISA создаёт дополнительные 10%

бенность определяется тем, что было

разработки программного обеспечения,

свободного места на плате, что позволя

принято решение отказаться от шины

широкий выбор функций, независи

ет увеличить функциональность плат за

ISA и заменить её новой шиной, вклю

мость от одного поставщика. Что же

счёт реализации дополнительных функ

чающей в себя 4 PCIe x1, 1 PCIe x16 и

здесь стандарт PC/104 может предло

ций ввода вывода. В данном форм фак

USB. Для этого были разработаны спе

жить разработчикам систем управления

торе плата функционирует только по

циализированные разъёмы, сохраняю

для ответственных применений?

шине PCI. Но если ISA используется

щие механическую совместимость с

Одной из главных особенностей стан

как шина расширения компьютерных

соединителями плат предыдущих спе

дарта PC/104, заложенной с момента

систем с процессорной архитектурой

цификаций

и способные пропускать

его разработки, является ударо и виб

x86, то шина PCI может применяться и

высокоскоростные сигналы. Таким об

роустойчивая модульная конструкция.

при других архитектурах, таких как

разом, новые спецификации сохраняют

Передача информации осуществляется

XScale, PowerPC, ARM и FPGA.

базовые преимущества стандарта, такие

по шинам данных, выполненным в виде

EBX (Embedded Board eXpandable) по

как компактные размеры и высокая ме

разъёмов. Такое решение позволяет рас

лучил статус спецификации консорциу

ханическая

прочность, прибавляют в

полагать платы одну над другой с соеди

ма PC/104 в 2005 году, хотя разработан

производительности и, в конечном счё

нением через эти разъёмы. Кроме того,

был ещё в 1997 году. Этот стандарт опре

те, расширяют возможности готовых

соединение плат осуществляется с по

деляет одноплатные компьютеры боль

встраиваемых систем.

мощью дополнительного 4 точечного

шего размера 5,75"×8,00" (146×203 мм) с

Основные особенности форм фак

крепления, что в результате формирует

шиной расширения PC/104 Plus. Боль

торов, принятых в рамках стандарта

защищённый от механических воздей

ший размер позволяет вместить в про

PC/104, представлены в табл. 1.

ствий конструктив. Таким образом, за

цессорную плату большую функцио

Подробнее познакомиться со всеми

механическую прочность конструкции

нальность и уменьшить общее число

спецификациями, доступными к сво

PC/104 отвечают и сами шинные разъё

плат в системе. Очень многие постав

бодной загрузке через регистрацию, а

мы, и 4 точечное жёсткое крепление

щики предлагают платы EBX в добавле

также с полным перечнем компаний и

плат между собой. Система с такой

ние к сотням различных плат стандар

продукции можно на официальном ре

конструкцией способна работать при

тов PC/104 Plus и PCI 104.

сурсе консорциума www.pc104.org.

высокой вибрации и ударных нагрузках.

EPIC (Embedded Platform for Industrial

Однако не только решения на уровне

Computing) был принят консорциумом в

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

общей конструкции обеспечивают за

2005 году. Принятие этого форм факто

ДЛЯ РАБОТЫ В ЖЁСТКИХ

щиту от механических нагрузок. Так, в

ра было продиктовано необходимостью

УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

этих же целях большинство производи

применения плат промежуточного раз

В таких отраслях, как железнодорож

телей процессорных и периферийных

мера между PC/104 и EBX. Плата EPIC

ный транспорт, авиация, военная про

модулей полностью распаивают все

имеет размеры 4,5"×6,5" (115×165 мм) и

мышленность, автомобильный транс

компоненты (микропроцессор, память

позволяет использовать современные

порт и т.д., к аппаратным средствам уп

и т.д.) на плате; в дополнение на самих

процессоры. Стандарт определяет зоны

равления предъявляются высокие требо

платах применяются не стандартные

ввода вывода и наличие таких функ

вания в отношении возможности их на

компьютерные разъёмы для ввода вы

ций, как Ethernet, последовательные

дёжной работы при воздействии различ

вода данных, а защищённые разъёмы.

порты, цифровой и аналоговый ввод

ных дестабилизирующих факторов (по

Подобные локальные меры вносят свой

вывод, видео и т.д.

вышенная вибрация, ударные нагрузки,

весомый вклад в повышение устойчи

В 2008 году в соответствии с текущи

широкий диапазон изменения темпера

вости системы к механическим воздей

ми тенденциями развития компьютер

тур и др.). Разработчикам современных

ствиям в целом.

ной индустрии в стандарт PC/104 были

средств управления постоянно прихо

Платы в формате PC/104, как прави

введены современные последователь

дится сталкиваться с выбором базового

ло, предназначены для эксплуатации в

ные интерконнекты PCI Express и USB

стандарта аппаратной реализации, и ос

расширенном температурном диапазоне

и приняты новые форм факторы

новными критериями выбора, кроме ра

от –40 до +85°C, а в некоторых случаях и

PCI/104 Express, PCIe/104, EPIC Ex

ботоспособности в жёстких условиях

от –50 до +85°C. Поэтому для повыше

23

press и EBX Express. Их основная осо

эксплуатации, также являются удобство

ния надёжности работы в таких услови

СТА 1/2011

© СТА-ПРЕСС

www.cta.ru

www.cta.ru

© СТА-ПРЕСС

СТА 1/2011

О Б З О Р / В С Т Р А И В А Е М Ы Е С И С Т Е М Ы

● в системах с автономным питанием

кационный модуль CM9222ER с двумя

от солнечных батарей;

портами Gigabit Ethernet и новый мо

● в системах с аккумуляторным пита

дуль LAN25255HR коммутации 5 пор

нием на транспортных средствах;

тов Gigabit Ethernet, модуль цифрового

● в системах, эксплуатируемых в экстре

ввода вывода DM9820HR.

мальных климатических условиях.

Одной из главных отличительных

Кроме поставки компонентов в фор

особенностей этой компании является

мате PC/104, FASTWEL предлагает и

то, что на базе своей линейки продукции

готовые системы на базе своей продук

она

предлагает готовые

системы:

ции. Одним из примеров таких систем

IDAN™ – Intelligent Data Acquisition

является платформа MK307 (рис. 4).

Node

(интеллектуальный узел сбора

В базовом исполнении в её состав вхо

данных) и HiDAN™ – High reliability

дят процессорный модуль СРС307 04,

Intelligent Data Acquisition Node (высо

модуль видеоконтроллера VIM301 01,

конадёжный интеллектуальный узел

коммуникационно навигационный мо

сбора данных).

дуль CNM350 01, модуль источника пи

IDAN™ – стандартная готовая систе

тания PS351 01. Данный компьютер

ма, основанная на применении плат

ориентирован на использование в мо

формата PC/104, PC/104 Plus и PCI 104,

бильных

и

транспортных системах.

смонтированных в алюминиевом карка

Доступ к разъёмам со стороны лицевой

се (рис. 6). Подключения осуществляют

панели и наличие монтажной платфор

ся стандартными компьютерными разъ

мы для быстрого монтажа позволяют

ёмами, установленными на

каркасе.

встраивать компьютер в глухие ниши.

В соответствии со стандартным подхо

Конструктив

допускает

установку до

дом к построению систем на базе плат

Рис. 5. Платы в формате PCI/104 Express

пяти модулей расширения. Для вывода

формата PC/104 все необходимые пла

сигналов от модулей расширения на ли

ты – процессорная, ввода вывода, ком

лий в этом перечне являются модули

цевой панели предусмотрены четыре

муникационные и источник питания –

серии CNM3хх и источник PS351.

18 контактных разъёма.

собираются в мезонин; далее этот мезо

Модули серии CNM3хх (рис. 2) – ком

Схожий подход к построению систем

нин помещается в корпус, где надо будет

муникационные модули с поддержкой

PC/104

представляет

американская

произвести кабельную разводку, рассчи

систем глобального позиционирования

компания RTD Embedded Technologies.

тать тепловые параметры и т.д. Главный

GPS и ГЛОНАСС и со встроенным мо

В линейку её продукции входит широ

недостаток такого решения – это слож

дулем беспроводной связи, обеспечива

кий спектр оборудования: процессор

ность при модернизации и обслужива

ющим передачу голосовых сигналов

ные платы, платы цифровых сигналь

нии системы. В отличие от стандартного

стандарта GSM для четырёх частотных

ных процессоров, платы аналогового и

подхода, для построения систем IDAN

диапазонов 850/900/1800/1900 МГц и

дискретного ввода вывода, коммуника

используется другое решение: каждая

передачу данных по протоколам GPRS/

ционные платы, источники питания и

плата, входящая в линейку продукции

EDGE с поддержкой двух SIM карт. Ис

встраиваемые компьютеры в защищён

RTD, помещается в специально рассчи

точник питания PS351 (рис. 3) интере

ном исполнении. Вся линейка предназ

танный для неё фрезерованный алюми

сен тем, что имеет интеллектуальную

начена для работы в жёстких условиях

ниевый каркас, форма каркаса рассчи

систему управления, выполняющую

эксплуатации.

тывается из соображений обеспечения

следующие функции:

Компания RTD одной из первых

максимально эффективного теплоотво

● мониторинг окружающей температу

поддержала

новую спецификацию

да и минимизации кабельной разводки –

ры и управление каналами нагревате

PCI/104 Express (рис. 5) и предложила

таким образом получаем «кирпичики»,

ля и вентилятора в программируемых

соответствующую линейку продукции:

на базе которых и собирается система.

диапазонах температуры от –50°С;

процессорные платы CMA22 на базе

При таком подходе система легко и

● ведение журнала системных событий

процессоров Intel Core 2 Duo, источник

быстро собирается и разбирается, что ус

с привязкой ко времени и дате;

питания ATX104HR Express, коммуни

коряет и облегчает процесс технического

● управление сторожевым таймером,

отключающим питание системы в

случае зависания;

● автоматический переход на резерв

ный канал питания;

● включение/отключение системы по

расписанию;

● функция охраны системы, находя

щейся в отключённом состоянии.

PS351 оптимизирован для использо

вания в составе изделий, предназна

ченных для эксплуатации:

26

● в необслуживаемых системах в труд

нодоступных районах;

Рис. 6. Защищённый компьютер IDAN™

www.cta.ru

© СТА-ПРЕСС

СТА 1/2011

www.cta.ru

© СТА-ПРЕСС

СТА 1/2011