規(guī)范如此“多嬌” 嵌入式隨需發(fā)展

    導(dǎo)讀：后PC時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展風(fēng)起云涌，波瀾壯闊。在這一歷史洪流中，眾多的嵌入式系統(tǒng)規(guī)范爭(zhēng)奇斗艷，各種嵌入式板卡令人眼花繚亂。伴隨著極大量標(biāo)準(zhǔn)軟硬件產(chǎn)品的支持，嵌入式PC架構(gòu)產(chǎn)品的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了臺(tái)式機(jī)范疇。那么，嵌入式系統(tǒng)的規(guī)范究竟經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展呢?

    PC/104規(guī)范

    自90年代以來(lái)，PC總線成為最為普及的總線標(biāo)準(zhǔn)之一，其應(yīng)用已從臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域。采用PC總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)雖然可以獲得大量的軟件支持，但存在體積龐大、功耗高等缺點(diǎn)。

    在嵌入式微機(jī)的應(yīng)用中，由于標(biāo)準(zhǔn)PC、PC/AT 主板和擴(kuò)充卡的巨大尺寸而受到了限制。為了給緊湊型的ISA(PC、PC/AT)總線結(jié)構(gòu)提供機(jī)械和電氣規(guī)范，一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線“PC/104”于1992年應(yīng)運(yùn)而生。 其小型化的尺寸(90x96mm)、極低的功耗(典型模塊為1-2瓦)和堆棧的總線形式(決定了其高可靠性)，受到了眾多從事嵌入式產(chǎn)品生產(chǎn)廠商的歡迎。PC/104在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域逐漸流行開(kāi)來(lái)，被大量用于車載系統(tǒng)、機(jī)載設(shè)備、電力控制、醫(yī)療儀器、智能交通、通訊設(shè)備、視頻監(jiān)控、軍用電子裝備等領(lǐng)域。發(fā)展至今，PC/104嵌入式計(jì)算機(jī)衍生出PC/104(ISA)、PC/104+(ISA+PCI)和PCI-104(PCI)三個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

    其實(shí)，早在PC/104規(guī)范誕生之前，1987年就產(chǎn)生了世界上第一塊PC/104板卡，由于其固有的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)際上制訂統(tǒng)一的規(guī)范之前，一直有許多廠商在生產(chǎn)類似的嵌入式板卡。到了1992年，由業(yè)界著名的RTD公司和AMPRO公司等12家從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的廠商發(fā)起，組建了國(guó)際PC/104協(xié)會(huì)，得到了全世界眾多廠商紛紛響應(yīng)，從此PC/104技術(shù)的發(fā)展走上了康莊大道。

    EPIC規(guī)范

    隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和市場(chǎng)多樣化的需求，PC/104規(guī)范已經(jīng)無(wú)法全面滿足用戶的需求。作為對(duì)PC104標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，由WinSystems、VersaLogic、Octagon Systems、Micro/sys以及Ampro CorporaTIon等多家公司發(fā)起。EPIC規(guī)范為PC/104嵌入式板卡制造商提供了又一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)。

    EPIC規(guī)范(Embedded Platform for Industrial Computing Specification)的尺寸為4.5” x 6.5” ，大于PC/104規(guī)范的尺寸3.6” x 3.8”，小于EBX規(guī)范的尺寸5.75” x 8.0”。 EPIC(Embedded Platform for Industrial Computing)是一種標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的、可擴(kuò)展的嵌入式單板計(jì)算機(jī)。規(guī)格為115x165mm，完全支持PC/104、PC/104+及PCI-104標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

    2005年1月，EPIC規(guī)范被PC/104協(xié)會(huì)正式接管。據(jù)悉，該協(xié)會(huì)曾于2004年4月正式接管了EBX規(guī)范，一直在板卡預(yù)留PC/104接口的EBX規(guī)范從此融入了PC/104家族。自此， EPIC和PC/104標(biāo)準(zhǔn)共存，在繼續(xù)保持緊湊結(jié)構(gòu)的同時(shí)，滿足嵌入式控制應(yīng)用的不同需求。

    SOM規(guī)范

    早期的嵌入式單板強(qiáng)調(diào)的是高度集成的全功能解決方案，在有限大小的空間里實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)所必要的所有功能，以便符合設(shè)備商的需要，他們可以根據(jù)自己的產(chǎn)品選擇合適大小及功能的板卡，搭配功能模塊及應(yīng)用軟件形成最終的產(chǎn)品。嵌入式廠商稱之為“All-In-One Solution”，即全功能板卡。這種平臺(tái)基本滿足應(yīng)用的需要。

    但是隨著嵌入式計(jì)算機(jī)的發(fā)展，眾多行業(yè)需要嵌入式的解決方案，更多的應(yīng)用產(chǎn)生出來(lái)，可以說(shuō)嵌入式無(wú)處不在。嵌入式單板只是平臺(tái)，不是最終產(chǎn)品，需要二次開(kāi)發(fā)、需要增加系統(tǒng)功能模塊，需要特殊的設(shè)計(jì)滿足功能需要，更有部分應(yīng)用由于種種問(wèn)題需要將附加功能模塊直接集成到單板上來(lái)，規(guī)范需要重新設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)等等問(wèn)題。嵌入式廠家想到了解決的辦法—SOM，即將核心的計(jì)算機(jī)平臺(tái)模塊化，提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)及結(jié)構(gòu)接口，在底板上實(shí)現(xiàn)功能接口及特殊設(shè)計(jì)。設(shè)備廠商只需要專注于自己的核心模塊開(kāi)發(fā)，不用再為多樣的應(yīng)用，繁多的功能需求發(fā)愁，要做的只是提供標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)模塊。

    當(dāng)這種模塊化的作法，逐漸成為工業(yè)、嵌入式計(jì)算機(jī)廠商客戶的通用作業(yè)流程后，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定就成為必要系統(tǒng)80% 的功能都集成在SOM。SOM的產(chǎn)生帶來(lái)了極大的市場(chǎng)沖擊，降低成本、降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用、快速上市、設(shè)計(jì)靈活，高度符合客戶需求、能夠一次設(shè)計(jì)、多次升級(jí)，解決了客戶的痛苦。目前，SOM共有4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)—SOM 144, SOM-ETX, SOM-XTX, SOM-EXPRESS。

    ETX規(guī)范

    計(jì)算機(jī)領(lǐng)域技術(shù)的革新和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，使得處于壟斷地位的PC/104在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了諸如整板的無(wú)線纜設(shè)計(jì)、相對(duì)更高的計(jì)算性能、更加豐富的擴(kuò)展接口、良好的散熱設(shè)計(jì)理念以及更高的集成度等瓶頸。為了解決這些瓶頸，適應(yīng)未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求， 2000年，控創(chuàng)首次推出了ETX(Embedded Technology eXtended)規(guī)范和相關(guān)產(chǎn)品。

    由于該規(guī)范從發(fā)布伊始就對(duì)所有廠家和用戶開(kāi)放，所以成功取代了過(guò)去8年間嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的主流規(guī)范PC/104規(guī)范。ETX成為嵌入式計(jì)算領(lǐng)域“片上計(jì)算機(jī)模塊”的代名詞，市場(chǎng)也接受了“芯片PC”的概念。

    ETX是一種工業(yè)SOM(模塊系統(tǒng))應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)，是嵌入式控制領(lǐng)域近年來(lái)得到推廣應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)之一。ETX模塊包括兩個(gè)部分：一個(gè)是ETX CPU模塊，另一個(gè)是ETX自定義載板。ETX外形尺寸為114mm x 95mm，集成了聲卡、LVDS顯示、網(wǎng)口、USB和標(biāo)準(zhǔn)I/O功能的CPU子系統(tǒng)。而千變?nèi)f化的接口部分和客戶特殊功能擴(kuò)展則設(shè)計(jì)在任意形狀尺寸的載板上，ETX模塊通過(guò)4個(gè)100pin的高密度連接器與客戶載板連接。這樣的設(shè)計(jì)使得其擴(kuò)展更加靈活，系統(tǒng)升級(jí)也輕而易舉，并且最大限度地減少線纜連接。

    COM Express規(guī)范

    從PC技術(shù)發(fā)展史來(lái)看，新技術(shù)不斷更替舊技術(shù)成為一種長(zhǎng)期演變的規(guī)律和趨勢(shì)。相比前幾種規(guī)范，盡管ETX規(guī)范擁有很出色的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然無(wú)法忽略周邊規(guī)范與新興的接口的不同。SDVO、LPC、、SATA、PCI Express等都不在ETX的規(guī)范中。于是控創(chuàng)和英特爾聯(lián)合PICMG協(xié)會(huì)發(fā)起，在2005年推出了新的規(guī)范COM Express，延伸了ETX現(xiàn)有規(guī)范，成為新一代的模塊化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范充分考慮了未來(lái)處理器的發(fā)展方向，其公開(kāi)性、普及性和前瞻性都上了一個(gè)臺(tái)階。

    與PCI/104設(shè)計(jì)概念不同，為尋得省空間與高性能需求間取得平衡，COM Express采用的是板卡與載板配對(duì)的方式架構(gòu)整套系統(tǒng)，加入了過(guò)去ETX所缺的SDVO、PCI Express等規(guī)范。該規(guī)范定義了主板尺寸，有Indexed Form Factor 155mm × 100mm與基本型Basic Form Factor 125mm × 95mm尺寸，連接器的物理外觀統(tǒng)一為ROW AB/CD和2種，端子設(shè)計(jì)都是采220端子規(guī)劃。目前，該規(guī)范還有一加強(qiáng)版本，COM Express Extension。

    值得一提的是，在COM Express發(fā)布之后，Ampro聯(lián)合研華推出了一個(gè)介于ETX和COM Express之間的過(guò)渡性規(guī)范XTX，初衷是針對(duì)已經(jīng)在使用ETX的用戶，尤其是不需要用到ISA總線的用戶，可以用到PCI express、SATA等新技術(shù)，是臨時(shí)的解決方案。這個(gè)規(guī)范與ETX的主要區(qū)別是將用于路由ISA總線的X2連接器重新定義為一些高頻信號(hào)，其技術(shù)特點(diǎn)沒(méi)有COM Express豐富和先進(jìn)，有其應(yīng)用的需求，但沒(méi)有足夠的產(chǎn)品可供選擇，并不具備前瞻性。

    Em-ITX規(guī)范

    目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的版型結(jié)構(gòu)有WTX、PC-104、AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、EBX、NLX、EPIC、EATX、WATX等。這些規(guī)范各具特點(diǎn)，但在排線、散熱、擴(kuò)展等方面存在一些問(wèn)題。而輕薄、排線合理，而且散熱性能優(yōu)秀的主板對(duì)于一些行業(yè)應(yīng)用十分必要，例如工業(yè)、醫(yī)療、車載系統(tǒng)等。

    針對(duì)以上板型存在的問(wèn)題，以及數(shù)字廣告牌、信息查詢終端及其它有超薄嵌入式設(shè)備需求，2009年3月，作為在低功耗X86平臺(tái)的領(lǐng)導(dǎo)者，威盛電子推出了Em-ITX規(guī)范。該規(guī)范不但能減少傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)架構(gòu)中因體積龐大與排線過(guò)多而造成的整線困難、系統(tǒng)內(nèi)部散熱不良，和排線維護(hù)不易等問(wèn)題;同時(shí)又能夠容納更多的應(yīng)用功能接口。

    Em-ITX 是首款采用雙 I/O 海岸線(Coastline)設(shè)計(jì)的全新板型，適用于開(kāi)發(fā)通用型可升級(jí)的超薄嵌入式設(shè)備。Em-ITX 比EBX 與Mini-ITX 的總面積減小了30%，提供了用戶高可靠性、高集成度的規(guī)范，它將成為未來(lái)超輕薄嵌入式設(shè)備的產(chǎn)品規(guī)范。

    回顧嵌入式系統(tǒng)規(guī)范的發(fā)展道路，我們不難看到，嵌入式技術(shù)將會(huì)是社會(huì)發(fā)展的一種需求。信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也對(duì)嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)正朝著人性化、網(wǎng)絡(luò)化、超低功耗、高集成度等方向發(fā)展。工程師們只有通過(guò)不斷地創(chuàng)新、整合新技術(shù)才能開(kāi)發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)不同的需求產(chǎn)品。