最火工控机基本教程二工控机的架构分析

工控机基本教程二[工控机的架构分析]

上期我们讨论了工控机在体积方面的设计，由于使用方式的不同，大致可以分为上架式和壁挂式两大类。这期我们会来讨论一下工控机内部机构设计的理念。

早期的工控机就是一个质量更好的PC。但是随着时间的推移，工控机架构有了本质上的变化，根据用户使用环境的变化，演变成了现在流行的底板加插卡的架构。这种架构主要有如下的优点：

维护时间减少：

随着工控机被大量用于工业现场，基于母板的系统是不灵活的，为了修复或更新系统需要更换整个母板。更换母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和电缆都拔掉。这就导致修复或更新时系统停机时间增加，这在工控现场是不可接受的。

因此工程师们想到另外一个方法，取消母板架构，而把核心的CPU处理单元做在一张插卡上，其它的扩展界面则做在底板上，底板是由一些连接器和无源器件组成的。这种结构使得系统更新和修复简单而且停机时间最少。这种设计理念影响了整个工控机的发展。现在我们ECG事业群的PC104总线技术的嵌入式小板也和这种理念有异曲同工之妙。

研华第一款BP架构的产品出现在1991年，早期由于没有PCI总线，该款产品是基于ISA总线的。后来PCI总线技术在UV固化之前成为PC技术的主流时，1994年，PICMG组织及时在无源底板结构中导入了PCI技术，制定了基于ISA/PCI技术的PICMG1.0标准。

极佳的扩展性

PICMG1.0标准除了上文所阐述的系统更新和修复时间短的主要优点外，还存在另外一个主要优点：具有极佳的扩展性。左图中的凳子使用了经过1段时间后吸收光线的部份的色彩会变深的材料

传统的商用母板上PCI、ISA数量固定，早期主板由于面积所显，一般仅提供3个PCI，3个ISA槽，后来ISA在民用市场面临淘汰，因此诸多商用主板厂商基于成本考量，取消ISA槽，或仅提供一个ISA槽。因此对于工控用户的多样性，商规工作时前者的温升远低于后者主板提供的槽数难免捉襟见肘。PICMG1.0无源底板标准最高可提供20槽，所提供的ISA、PCI数量也可根据用户需求随意调整。

优秀的散热特性

此外采用PICMG1.0架构也有助于整体系统的散热，系统的风流图如下：

4U上架机箱的散热设计

当然，底板加插卡的物理架构还有一些缺陷，例如，金手指处容易氧化，槽部位容易在振动的情况下松动，因此不太适应那些具有腐蚀性和振动性的环境下。对于这些情况，业界推出了基于PICMG2.0规范的CompactPCI技术，但由于价格、开发难度等因素，CompactPCI在一段时期内较难进入主流市场。因此研华针对这种情况推出的工业母板系列作为补充（后文会来探讨工业母板的市场）。

这篇文章我们主要讨论了无源底板加插板架构（BP）的优势。主要是在维护难度时间、扩展性、散热性等三个方面。下期我们将会继续讨论研华工控机箱在散热方面的改进。