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(多图) 串行流技术缩短嵌入式系统设计周期

Warren Webb?? EDN技术编辑?? 2006年04月03日 ?? 收藏0

  移动式产品与小形状因子产品的设计者为赢得竞争而转向结构技术和现成计算机模块。
  要 点
  基于结构的模块式计算机在一个可更换的中间卡上包装了 CPU、海量存储器以及外设接口。
  小形状因子计算模块使设计者无需重新设计产品,就可以升级和改进嵌入式设备。
  新的 COM Express 标准将高性能处理器和 PCI Express 接口压缩在 125mm×95mm 形状因子内。
  MicroTCA 将 AdvancedMC(先进中间卡)模块直接封装在一个背板内,用于体积更小、成本更低的设备。


  采用极小型嵌入式计算平台的新浪潮正在涌入工业、医疗、消费和其他重要的应用领域。除了有小型的尺寸以外,小型的现成计算部件为设计者提供了完整的处理性能和 I/O 特性,而且具有专有的和标准的两种形状因子。这些性能出色的小型计算模块使设计者可以跳过大多数嵌入式产品设计的最复杂阶段,而将精力集中在设计独特的定制电路上,从而缩短软、硬件开发周期。

  随着系统体积的缩小和时钟速率的上升,产品设计者们面临着艰难的任务,即要开发一个可驱动定制嵌入式电路的高性能、先进的处理器部分,同时仍满足对占位面积的

限制条件。为了跳过这个复杂的设计过程,将竞争产品快速推向市场,很多设计者都在转向新型、小形状因子、插入式模块,这种模块集成了 CPU 和标准外设部件。现成的处理器模块可以使设计者用稍高的重复成本换取节省大量的 NRE(非重复性工程)支出。

  插入式处理器也叫 COM(模块化计算机)处理器或内核模块,它在嵌入式系统设计中很有意义,这种设计用单块印制电路板容纳所有电子部件,包括 CPU、处理器外设接口、海量存储器以及专用电路。单板机通常用于小型或便携式嵌入系统,如仪器、医疗产品、机顶盒、音乐台以及游戏机等。如果采用了兼容的基板设计,大部分系统的计算机与通用电子电路都可以购买到可更换的插入式模块,从而缩短设计周期,方便系统的调试、简化升级工作,并且减少系统生命周期的成本。

  与传统的单板设计相比,可更换的处理器部分有多种技术优势和经济优势。例如,设计者可以为嵌入式系统提供更高级的处理器部分,以获得更先进的特性,如连网、图形显示、复杂软件和实时操作系统。在设计预算有限的情况下,这些功能可能是难以实现的。设计者可以放弃使用外设有限的 8位处理器设计,而选择各种处理器与外设模块建立具有先进I/O的16位或32位处理器。

  对现成处理器部分的规定也会影响嵌入式系统设计团队的组成。根据处理器部分的复杂性,可以减少项目需要的设计者人数。软件设计团队成为主要的获益方,因为早在专用器件的硬件调试以前,CPU 部分就可以使用了。由于大多数嵌入式硬件调试问题都发生在比较复杂的 CPU 部分,所以模块化计算机可以跳过很多令人头疼的系统检验工作。

  中间板倾向

  插入式处理器并不是一个新概念,但是小形状因子产品设计者一直在努力从现有模块中获得所需功能。除了很多专有模块以外,现在的 PPMC(处理器 PCI 中间卡)和 PC/104 标准也提供支持插入式处理器设计的现成计算硬件。PPMC 是原来 PMC(PCI中间卡)概念的扩展,它为嵌入系统提供可更换的I/O模块。VITA(VMEBus国际贸易协会)负责维护 PPMC 规范,即 VITA32。PC/104 计算机板的连接器排列方法适用于没有卡槽或底板的堆叠板,它也可以作为嵌入式基板的中间处理器。这些模块还有其它优点,如果设计者用光了电路板空间,他们可以将其它I/O模块堆叠在处理器上。

  为了增加带宽,降低连接器管脚数,并减少电路板总面积,模块化计算机制造商正在转向交换式结构技术,如以太网、PCI Express、Rapid I/O以及 InfiniBand。交换式结构消除了涉及并行总线和多分支总线方式的很多问题。数据路径可以动态变化,以支持多个同步的数据传输。每个连接也是一个直接的点对点数据路径,从而得到比总线结构更好的电气特性和更大的带宽。一个高级交换系统结构还可以路由有缺陷的路径或结点,从而增加系统的可用性。

  很多模块标准中都包括PCI Express,这是因为它与驱动程序和操作系统软件具有兼容性。PCI Express 的开发者将其建立在 LVDS(低压差分信令)基础上,以获得最大的结点间带宽。基本的 PCI Express 链路包括两个信号路径,它们使用小的差分电压摆幅以及恒流线路驱动器,可实现每个方向上速度为 2.5 Gbps 的通信。设计者希望,随着硅制造技术的发展,这个数据速率可增加到每方向 10 Gbps。
低电压摆幅可以以低功耗提供低噪声信号。只要简单地增加信号对或“通道”(Lane),就可以方便地增加每个 PCI Express 链路的带宽,直至达到期望的性能水平。PCI Express 规范支持1、


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MCU? 串行流? 设计周期?

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