中國船舶重工集團(tuán)第七一五研究所 秦 利

1.引言

現(xiàn)場總線是指應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場與微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向多節(jié)點(diǎn)通信的系統(tǒng)，是一種開放式、全數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。在電子設(shè)備的產(chǎn)品應(yīng)用中，工業(yè)現(xiàn)場總線在應(yīng)用中起著重要的作用，它代表了設(shè)備信號的傳輸能力。如：MULTIBUS、VME，STD、PC-104、CPCI等，在過去的工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，主要采用了MULTIBUS總線，隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在發(fā)展了VME總線及CPCI總線。本文著重介紹一下MULTIBUS、VME及CPCI三種總線的應(yīng)用。

2.MULTIBUS總線

2.1 功能與特點(diǎn)如圖1所示，MULTIBUS總線是一種異步的多重處理系統(tǒng)總線，在單板計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器和擴(kuò)展的I/O板之間傳輸8位或16位數(shù)據(jù)，支持主設(shè)備、從設(shè)備和智能從設(shè)備。

表1 幾種總線帶寬

圖1 MULTIBUS功能架構(gòu)

圖2

圖3

圖4

最初的早期，計(jì)算機(jī)尋址能力及傳輸能力有限，MULTIBUS總線很好的滿足了單板計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，并且其可靠的傳輸系統(tǒng)及多主機(jī)之間的工作匹配，在軍品的工業(yè)系列中得到的了廣泛的應(yīng)用，由于其總線信號設(shè)計(jì)簡單，易于擴(kuò)展，在老一代的電子產(chǎn)品中起著重要的作用。

2.2 總線應(yīng)用

如圖2所示，286主板為8M的主頻，加載DSP芯片，在不同的機(jī)箱插槽實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，信息解算等，由286主板將數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸?shù)较乱画h(huán)節(jié)，同一類型的DSP芯片在不同的機(jī)箱中可以互相替換，信號傳輸?shù)哪芰κ芸偩€速度的限制。

新一代的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸采取網(wǎng)絡(luò)交換，數(shù)據(jù)量大大增加，MULTIBUS總線成為發(fā)展的瓶頸。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，數(shù)據(jù)交換的速度要求總線的能力越來越高，相匹配于速度的要求出現(xiàn)了VME及后來發(fā)展的CPCI總線。

3.VME總線

3.1 功能與特點(diǎn)

VME總線是一種通用的計(jì)算機(jī)總線，它定義了一個(gè)在緊密耦合(closely coupled)硬件構(gòu)架中可進(jìn)行互連數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和連接外圍控制器件的系統(tǒng)。

VME系統(tǒng)的總線分為四大類：數(shù)據(jù)傳輸總線、數(shù)據(jù)傳輸仲裁總線、優(yōu)先中斷總線和通用總線。在VME總線中，各模塊是以平行結(jié)構(gòu)分布的，所有的數(shù)據(jù)和指令通過系統(tǒng)底層的4類總線進(jìn)行傳輸，信號的模式是TTL電平信號。

VME的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制是異步的，有多個(gè)總線周期，地址寬度是16、24、32、40或64位，數(shù)據(jù)線路的寬度是8、16、24、32、64位，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的選擇它們。VME家族的幾種總線帶寬如表1。

隨著支持VME總線的硬件板的普及應(yīng)用，VME總線在電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，目前的幾種信號處理機(jī)都采用了VME64總線規(guī)格，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的升級換代。

3.2 總線的應(yīng)用

如圖3所示，VR7主板帶有更快的主頻，并帶有網(wǎng)絡(luò)交換口，及PC及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，可以更好的查看主板運(yùn)行情況，由VR7加載DSP芯片，由于總線帶寬的提高，芯片處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)算法的能力不再受總線的限制，可以大大提高信號機(jī)的處理能力，由于總線的機(jī)械結(jié)構(gòu)更為合理，能很好的滿足散熱要求，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

4.CPCI總線

4.1 功能與特點(diǎn)

CPCI又稱緊湊型PCI，是1994提出來的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。以PCI電氣規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)的高性能工業(yè)用總線。

CPCI在功能架構(gòu)上和PC機(jī)一樣。固CPCI的出現(xiàn)讓諸如CPU、硬盤等許多原先基于PC的技術(shù)和成熟產(chǎn)品能夠延續(xù)應(yīng)用，解決了多年來電信系統(tǒng)工程師與設(shè)備制造商面臨的棘手問題，比如傳統(tǒng)電信設(shè)備總線VME與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PCI總線不兼容問題。

CPCI具有可熱插拔（Hot Swap）、高開放性、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。它與傳統(tǒng)的桌面PCI系統(tǒng)完全兼容，在64位/66M總線接口下能提供每秒高達(dá)512MB的帶寬。

4.2 總線應(yīng)用

如圖4所示，PM主板為1.1G的主CPU，帶有與對外通信的雙網(wǎng)卡，配合CPCI總線的帶寬，處理能力及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過去的MULTIBUS總線的應(yīng)用，其中雙圖形板相當(dāng)與PC機(jī)的顯卡接口，帶有一定的顯存，處理數(shù)據(jù)都為PM主板上。

表2 VME和CPCI總線的簡單比較

5.VME和CPCI總線的分析和對比

MULTIBUS總線由于受帶寬及結(jié)構(gòu)上的限制，已經(jīng)逐漸不被采用，而廣泛的采用了VME和CPCI總線，這里對VME和CPCI總線進(jìn)行一下簡單比較，見表2。

6.發(fā)展前景的展望

VME總線工控機(jī)誕生于1981年，20年來，在高性能的實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域一直處于主導(dǎo)地位，目前在各個(gè)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。開始于1995年11月的CPCI總線工控機(jī)，源于現(xiàn)在和將來十幾年內(nèi)流行于桌面機(jī)的Wintel架構(gòu)和PCI總線標(biāo)準(zhǔn)，是未來工控機(jī)發(fā)展的主流總線，代表了先進(jìn)技術(shù)。

7.結(jié)論

在這個(gè)海量數(shù)據(jù)的時(shí)代，帶寬是一個(gè)壓倒性的指標(biāo)。從上面對三種總線的比較中可以看出，MULTIBUS總線在各個(gè)性能指標(biāo)上明顯差于VME和CPCI總線，該總線也在被逐漸的替代，相對VME和CPCI總線來說，VME技術(shù)目前的優(yōu)勢在于多年的技術(shù)積累，其完備的規(guī)范和得力的技術(shù)支持能滿足大部分客戶的具體要求，CPCI在性能指標(biāo)和兼容性等各方面優(yōu)點(diǎn)被廣大應(yīng)用者所追捧。

[1]劉星.計(jì)算機(jī)接口技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[2]CompactPC總線工控機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].2007.

[3]VME64 and CompactPCI CMP Media Inc.1998.