PC / 104 - PC/104

PC / 104 (nebo PC104 ) je rodina zabudovaných počítačových standardů , které definují jak tvarových faktorů a počítačové sběrnice podle PC / 104 Consortium . Jeho název je odvozen od 104 pinů na interboard konektoru ( ISA ) v původní specifikaci PC / 104 a byl zachován v následujících revizích, navzdory změnám konektorů. PC / 104 je určen pro specializovaná prostředí, kde je vyžadován malý a odolný počítačový systém. Standard je modulární a umožňuje spotřebitelům skládat desky od různých výrobců COTS a vyrábět přizpůsobený vestavěný systém.

Původní tvar PC / 104 je o něco menší než základní deska stolního počítače s rozlišením 3 550 × 3,775 palce (90 × 96 mm). Na rozdíl od jiných populárních počítačových tvarových faktorů, jako je ATX , které se spoléhají na základní desku nebo základní desku, jsou desky PC / 104 naskládány na sebe jako stavební bloky. Specifikace PC / 104 definuje čtyři montážní otvory v rozích každého modulu, které umožňují vzájemné upevnění desek pomocí distančních sloupků . Stohovatelné konektory sběrnice a použití distančních sloupků poskytují robustnější montáž než sloty na desce, které se nacházejí ve stolních počítačích. Kompaktní velikost desky dále přispívá k robustnosti tvarového faktoru snížením možnosti ohýbání desky plošných spojů při nárazech a vibracích.

Typický systém PC / 104 (běžně označovaný jako „zásobník“) bude zahrnovat desku CPU, desku napájecího zdroje a jednu nebo více periferních desek, jako je modul pro sběr dat , přijímač GPS nebo řadič bezdrátové sítě LAN . Široká škála periferních desek je k dispozici od různých dodavatelů. Uživatelé mohou navrhnout zásobník, který obsahuje desky od více dodavatelů. Celková výška, hmotnost a spotřeba energie stohu se mohou lišit v závislosti na počtu použitých desek.

PC / 104 se někdy označuje jako „stohovatelný počítač“, protože většina architektury pochází ze stolního počítače. Většina desek CPU PC / 104 je kompatibilní s x86 a zahrnuje standardní rozhraní PC, jako jsou sériové porty , USB , Ethernet a VGA . Systém x86 PC / 104 je obvykle schopen standardního operačního systému pro PC, jako je DOS, Windows nebo Linux. Je však také zcela běžné používat operační systém v reálném čase , například VxWorks .

Historie a standardizace

Sběrnice PC / 104 a tvarový faktor byl původně navržen společností Ampro v roce 1987 (vedenou CTO Rickem Lehrbaumem) a později standardizován konsorciem PC / 104 v roce 1992. Standard IEEE odpovídající PC / 104 byl navržen jako IEEE P996.1 , ale nikdy neratifikoval. V roce 1997 představilo konsorcium PC / 104 novější standard založený na sběrnici PCI . PCI Express bázi standard byl představen v roce 2008.

Specifikace související s PC / 104 jsou řízeny konsorciem PC / 104. V současné době má konsorcium 47 členů. Všechny specifikace zveřejněné konsorciem jsou volně dostupné. K navrhování a výrobě desky PC / 104 se nevyžaduje členství v konsorciu.

Struktura sběrnice ve srovnání s tvarovým faktorem

Specifikace vydané konsorciem PC / 104 definují více sběrnic (ISA, PCI, PCI Express) a form factor (104, EBX, EPIC). Struktura sběrnice definuje umístění a zapojení konektorů sběrnice. Form Factor odkazuje na velikost a tvar desky. Je možné najít jednu ze stohovatelných rozšiřujících sběrnic PC / 104 na mnoha různých tvarových faktorech. Zatímco většina komerčně dostupných produktů využívajících sběrnicové struktury bude vyhovovat níže uvedeným tvarovým faktorům, je možné, aby nestandardní nebo proprietární tvarový faktor začlenil jednu z PC / 104 sběrnicových struktur pro rozšiřitelnost.

Všimněte si, že termín „PC / 104“ se často používá zaměnitelně pro označení struktury sběrnice nebo tvarového faktoru. To může být zdrojem zmatku. Například datový list produktu může odkazovat na desku jako „PC / 104“ kvůli její velikosti a tvaru, i když ve skutečnosti má rozšiřující sběrnici PCI-104.

Struktury autobusů

Specifikace konsorcia PC / 104 definují řadu počítačových sběrnic, které jsou odvozeny od sběrnic ISA, PCI a PCI Express nalezených ve stolním počítači.

PC / 104

Původní sběrnice PC / 104 pochází ze sběrnice ISA . Zahrnuje všechny signály nalezené na sběrnici ISA s přidanými dalšími uzemňovacími kolíky pro zajištění integrity sběrnice. Časování signálu a úrovně napětí jsou identické se sběrnicí ISA, s nižšími požadavky na proud . Specifikace PC / 104 definuje dvě verze sběrnice, 8bitovou nebo 16bitovou. 8bitová verze odpovídá IBM XT a skládá se ze 64 pinů. 16bitová verze odpovídá IBM AT a přidává dalších 40 pinů, čímž se celkový počet zvýší na 104 (odtud název „PC / 104“).

Pinouty pro konektor PC / 104 lze získat zde . Signály označené J1 / P1 se nacházejí pouze v 8bitové verzi, zatímco 16bitová verze přidává signály J2 / P2.

Protože PC / 104 je založen na sběrnici ISA, je při instalaci periferní desky často nutné nastavit kanál základní adresy , IRQ a DMA . Toho se obvykle dosahuje pomocí propojek nebo přepínačů DIP na periferní desce. Nesprávná konfigurace periferie může způsobit konflikt prostředků a vést k nevyzpytatelnému chování.

PC / 104- Plus

Standard PC / 104- Plus přidává kromě sběrnice ISA standardu PC / 104 podporu pro sběrnici PCI . Název je odvozen od jeho původu: modul PC / 104- Plus má konektor PC / 104 (ISA) plus konektor PCI. Standard definuje 120kolíkový konektor pro sběrnici PCI, který se nachází na opačné straně desky než konektor PC / 104.

Pinout pro konektor PCI lze získat zde .

Desky CPU PC / 104- Plus poskytují aktivní komunikaci na obou sběrnicích a jsou schopné komunikace s periferními kartami ISA i PCI. Na periferních modulech PC / 104- Plus je konektor PC / 104 jednoduše pasivní konektor pro stohovatelnost; modul aktivně komunikuje pouze na sběrnici PCI. Následkem toho nemusí být periferní modul PC / 104- Plus použit s deskou CPU PC / 104. Desku CPU PC / 104- Plus lze však použít s periferním modulem PC / 104.

Vzhledem k tomu, že PC / 104- Plus je založen na PCI, není třeba na základních deskách nastavovat kanál základní adresy, IRQ nebo DMA. Je však nutné určit číslo slotu PCI periferní desky, když je nainstalována. To se běžně nastavuje otočným přepínačem , přepínačem DIP nebo propojkami na periferní desce. Každá periferní deska PCI v systému musí mít číslo slotu PCI nastaveno na jedinečnou hodnotu. Pokud tak neučiníte, může dojít k nevyzpytatelnému chování systému. Periferie nejblíže k CPU by měla být nastavena pro první slot, další deska by měla být nastavena pro druhý slot atd.

PCI-104

Jednodeskový počítač PCI-104 .

Formát PCI-104 zahrnuje konektor PCI, ale ne konektor PC / 104, aby se zvýšila dostupnost nemovitostí na desce. I když konektor PCI má 120 pinů místo 104, zavedený název byl zachován. Umístění a pinout konektoru PCI je identické s PC / 104- Plus .

Protože je sběrnice ISA vynechána, je deska PCI-104 nekompatibilní s periferním modulem PC / 104. PCI-104 a PC / 104- Plus jsou však kompatibilní, protože oba využívají sběrnici PCI. Většina desek PC / 104- Plus může být vyrobena jako PCI-104 jednoduše tak, že nenaplníte konektor PC / 104.

PCI-104 využívá stejné schéma výběru počtu slotů PCI jako PC / 104- Plus . Každé zařízení musí být přiřazeno k jedinečnému číslu slotu.

PCI / 104-Express

Specifikace PCI / 104-Express obsahuje kromě sběrnice PCI předchozí generace také sběrnici PCI Express (PCIe). Specifikace definuje 156kolíkový konektor pro povrchovou montáž pro signály PCI Express. Nový konektor zaujímá stejné umístění na desce jako starší konektor PC / 104 ISA. Kromě PCI Express také specifikace definují piny na konektoru pro další moderní počítačové sběrnice, jako jsou USB , SATA a LPC .

Specifikace PCI / 104-Express v současné době definuje dva možné pinouty pro konektor PCIe:

1. Typ 1 nabízí čtyři propojení x1 PCI Express, dva porty USB 2.0 a jedno propojení x16 PCIe.
2. Typ 2 nabízí čtyři linky x1 PCI Express, dva porty USB 2.0, dva odkazy PCIe x4, dva porty USB 3.0, dva porty SATA a LPC.

Desky CPU a periferní zařízení mohou být navrženy jako typ 1, typ 2 nebo univerzální (který používá pouze společnou podmnožinu signálů mezi těmito dvěma typy, PCIe x1 a / nebo USB 2.0). Pinout typu 2 byl představen až ve verzi 2.0 specifikace (vydaná v roce 2011). Produkty PCI / 104-Express uvedené na trh před rokem 2011 budou buď typu 1, nebo univerzální, ale nemusí být jako takové výslovně označeny. Sběrnice typu 1 je nekompatibilní s periferními zařízeními typu 2 nebo naopak. Specifikace vyžaduje, aby systém zůstal v resetu a nespustil se v případě neshody typu (nedojde k fyzickému poškození). Univerzální periferní desky lze použít buď s vývody typu 1 nebo typu 2.

Protože konektor sběrnice PCIe má povrchovou montáž, nikoli průchozí otvor, je také možné, aby deska používala různé pinouty sběrnice na horní straně desky oproti spodní straně. Například deska CPU může mít spodní konektor PCIe typu 1 a horní konektor PCIe typu 2. Taková deska CPU by byla kompatibilní s periferiemi typu 1 a / nebo Universal na spodní straně a kompatibilní s periferiemi typu 2 a / nebo Universal nahoře.

Podobně jako PC / 104- Plus budou desky CPU PCI / 104-Express poskytovat aktivní komunikaci na sběrnicích PCI i PCIe. Desku CPU PC / 104-Express lze použít s periferními moduly PCI-104 a PC / 104- Plus . Periferní modul PCI / 104-Express však bude komunikovat pouze na sběrnici PCIe; konektor PCI je jednoduše průchozí konektor pro stohovatelnost. Periferní modul PC / 104-Express nelze používat s deskou CPU PCI-104 nebo PC / 104- Plus (pokud není použito mostové zařízení ISA).

PCI / 104-Express zahrnuje posunutí linky, což eliminuje potřebu přepínačů / propojek pro výběr slotů PCI, které se nacházejí na periferních zařízeních PCI-104 a PC / 104- Plus . Některé periferní desky znovu naplňují linky PCIe, což umožňuje, aby zásobník měl další periferní desky nad rámec počáteční sady linek PCI Express poskytovaných deskou CPU. Repopulace spojení není ve specifikaci požadavkem a musí být implementována na periferní desce s přepínačem paketů PCI Express.

PCIe / 104

PCIe / 104 je podobný standardu PCI / 104-Express, ale vynechává starou sběrnici PCI, aby se zvětšilo dostupné místo na desce (obdoba vztahu mezi PC / 104- Plus a PCI-104). Umístění konektoru PCI Express a možnosti pinout jsou stejné jako u PCI / 104-Express (typ 1 i typ 2). Protože je vynechán konektor sběrnice PCI, je deska PCIe / 104 nekompatibilní se systémy PC / 104- Plus a PCI-104 (pokud není použito můstkové zařízení PCIe-PCI).

Tvarové faktory

Specifikace konsorcia PC / 104 pokrývají tři tvarové faktory, které určují velikost a tvar desky. Každý tvarový faktor může využívat jednu z výše uvedených sběrnicových struktur.

104 nebo PC / 104

104 Form Factor je definován jako 3,550 × 3,775 palce (90 × 96 mm), s montážními otvory ve všech čtyřech rozích desky. Specifikace také umožňují oblast 0,5 palce (13 mm) za hranou desky plošných spojů pro I / O konektory. Některé produkty PC / 104 mají nadrozměrné desky plošných spojů, které zasahují do oblasti I / O konektorů. Rozšířené "křídla" desky plošných spojů nejsou ve specifikaci řešeny, obecně nezpůsobují mechanické problémy, pokud je celkový převis I / O konektoru desky plošných spojů + I / O v rámci maximálních přípustných rozměrů 11650 × 4,393 palce (116 × 112 mm).

Rozměry byly původně definovány ve specifikaci PC / 104 a v důsledku toho se tvarový faktor stále běžně označuje jako „PC / 104“. Specifikace PCI / 104-Express a PCIe / 104 zavedly název „104“, aby se odlišil tvarový faktor od starší sběrnice PC / 104.

EBX a EBX Express

EBX ( Embedded Board eXpandable ) je jednodeskový počítačový tvarový formát, 5,75 × 8 palců (146 × 203 mm). Formulář EBX se vztahuje na desku CPU , ale pro rozšíření podporuje periferní desky PC / 104. Originální specifikace EBX povoleny pro sběrnice PC / 104, PC / 104- Plus a PCI-104. EBX Express přidává sběrnice PCI-104 / Express a PCIe / 104.

EPIC a EPIC Express

EPIC (Embedded Platform for Industrial Computing) je jednodeskový počítačový tvarový faktor, který stejně jako EBX podporuje periferní desky PC / 104, ale je menší než EBX při rozměru 165 × 114 mm (6,5 × 4,5 palce). Umožňuje implementaci I / O připojení buď jako záhlaví kolíků, nebo jako konektory ve stylu PC („skutečný svět“). Standard poskytuje specifické I / O zóny pro implementaci funkcí, jako je Ethernet, sériové porty, digitální a analogové I / O, video, bezdrátové připojení a různá aplikačně specifická rozhraní. EPIC Express přidává rozšiřitelnost PCI Express .

Hranice stohování

Obecně bude každý zásobník PC / 104 obsahovat desku CPU, desku napájecího zdroje a jednu nebo více periferních desek. Maximální počet desek podporovaných sadou PC / 104 bude záviset na tom, které sběrnice jsou používány periferními deskami.

1. ISA Bus - Neexistuje přísné omezení počtu desek ISA, které mohou koexistovat v jednom systému. Existuje však omezený počet základních adres, IRQ a kanálů DMA, které se mohou stát omezujícím faktorem. Desky ISA mohou být naskládány na obě strany desky CPU.
2. PCI Bus - Specifikace PC / 104- Plus a PCI-104 umožňují čtyři „sloty“ PCI. To ukládá tvrdé omezení čtyř periferních desek PCI na systém. Všechny periferní moduly PCI se musí připojit postupně na jednu stranu řadiče kvůli požadavkům na sběrnici PCI.
3. PCI Express - Celkový počet periferních desek PCI Express bude záviset na počtu linek PCIe poskytovaných deskou CPU. Například pokud deska CPU poskytuje čtyři propojení x1 PCIe, mohou být nainstalovány maximálně čtyři periferní karty x1 PCIe. Pokud jedna nebo více periferních desek zajišťuje repopulaci linky PCIe, mohou být nainstalovány další moduly. Spoje PCIe na horní straně desky CPU jsou nezávislé na spojích na spodní straně. Instalace periferie PCIe pod desku CPU nespotřebuje jeden z horních bočních odkazů. Množství a šířka dostupných linek PCIe se může lišit mezi horním a spodním konektorem desky CPU.
4. USB a SATA - Specifikace PCI / 104-Express a PCIe / 104 poskytuje signály pro USB a SATA, které mohou využívat periferní desky v zásobníku. Periferní zařízení využívající USB a SATA budou omezena na počet odkazů poskytovaných deskou CPU. Periferní zařízení USB mohou zajišťovat repopulaci spojení zabudováním integrovaného rozbočovače USB .

Bez ohledu na použité sběrnice může být maximální počet desek stohu PC / 104 omezen kvůli omezením velikosti, hmotnosti a výkonu pro cílovou aplikaci.

Mechanické interference mezi deskami

Při stohování desek PC / 104 dohromady je důležité mechanické rušení mezi sousedními deskami.

1. Konektory sběrnice - Při sestavování systému složeného z více struktur sběrnice je možné, aby konektory sběrnice interferovaly s komponenty na sousední desce. Například pokud je deska PC / 104- Plus naskládána na desku PC / 104, je možné, aby kolíky na spodní straně konektoru PCI narazily na součásti na spodní desce.
2. Komponenty a konektory mimo specifikace - Specifikace PC / 104 omezují výšku komponent a konektorů, které mohou být umístěny na obou stranách desky. Oblast s omezenou výškou má zaručit, že desky nebudou překážet ostatním sousedům naskládaným nahoře nebo dole. Není však neobvyklé najít desky, které tato omezení porušují.
3. Chladiče - Standardní rozestup mezi skládanými deskami PC / 104 je 0,600 palce (15,24 mm). Komponenty se značnou spotřebou energie (CPU, GPU, FPGA) často vyžadují větší chladič, který se nevejde do tradičních roztečí desek. Není neobvyklé najít desky CPU PC / 104 s relativně velkými chladiči, které neumožňují stohování periferních desek nad ní. Pozdější revize specifikací PCI / 104-Express a PCIe / 104 představily volitelný vyšší konektor 0,866 palce (22,00 mm), který je kompatibilní s tradičním konektorem výšky.

Výše uvedené problémy s mechanickým rušením lze často vyřešit pomocí Bus Spacer, který umožňuje další prostor mezi deskami. Bus Spacers však zvyšují celkovou výšku stohu a nemusí být vhodné pro aplikace s omezeným prostorem. Je také možné znovu uspořádat desky ve stohu, aby se odstranilo rušení. Další možností je upravit desky, které porušují pravidla, aby se rušení odstranilo (např. Vylidnit konektor), ale to může vyžadovat, aby prodejce dodal přizpůsobenou verzi desky.

Potenciální problémy s kompatibilitou

Teoreticky jsou desky PC / 104 interoperabilní. Je možné sestavit systém pomocí desek od několika různých dodavatelů, s výhradou výše uvedených zásadních problémů s kompatibilitou struktury sběrnice. Někdy se však objeví problémy s kompatibilitou.

• PC / 104 Keying čepy  - PC / 104 specifikace definuje dva klíčovací kolíky, aby se zabránilo vychýlení konektoru. Tyto kolíky nesmí být vyplněny na konektoru. Někteří prodejci však nepoužívají klíčované konektory PC / 104. To může způsobit problémy při používání desek od více dodavatelů. Často je možné neupravenou desku upravit oříznutím problematických kolíků.
• Požadovaná napájecí napětí  - sběrnice PC / 104 poskytují několik napájecích napětí (+ 5 V, + 3,3 V, + 12V atd.). Která napětí deska skutečně používá, je na uvážení výrobce desky. Je třeba dbát na napájení všech napětí požadovaných pro desky ve stohu.
• Power Supply Contention  - některé desky zajišťují napájení zásobníku (např. Deska CPU). To může být v rozporu s napájením v zásobníku.
• Úrovně signalizace PCI  - sběrnice PCI může pracovat na úrovních signalizace +3,3 V nebo + 5V. Některé desky mohou očekávat jedno napětí, jiné mohou očekávat jiné napětí.
• Linka PCI VIO  - signál VIO na sběrnici PCI má být řízen deskou CPU. Některé periferní desky a napájecí zdroje však tento signál řídí (v rozporu se specifikací PCI).
• ISA Bus s moderními čipovými sadami  - starší sběrnice ISA byla z moderních čipových sad vynechána. Novější desky CPU, které poskytují sběrnici ISA, to často dělají s využitím můstkového čipu ISA (buď PCI-to-ISA nebo LPC-to-ISA). V některých případech není sběrnice ISA plně implementována a mohou se objevit problémy s kompatibilitou.
• 4 Bus Masters  - specifikace PC / 104- Plus a PCI-104 původně neumožňovaly 4 sady párů Grant / Request na sběrnici PCI. To bylo vyřešeno v novějších revizích specifikace. Starší desky však mohou mít problém s používáním DMA na pozici slotu 3. nebo 4. PCI.

Vývoj softwaru

Většina desek CPU PC / 104 je kompatibilní s x86 a je schopná provozovat komerčně dostupný běžný počítačový software bez úprav. Standardní rozhraní PC I / O systému PC / 104 (sériové porty, USB, Ethernet, VGA atd.) Jsou obvykle podporována pomocí nativních ovladačů zabudovaných do operačního systému. Některé periferní desky, například sběr dat, mohou vyžadovat speciální ovladače od výrobce desek.

Z pohledu vývoje softwaru není malý rozdíl mezi kompilací softwaru pro stolní počítač nebo kompilací pro zásobník x86 PC / 104. Software lze vyvíjet pomocí standardních překladačů x86 (např. Visual Studio, pokud v systému PC / 104 běží Windows). Obvykle není potřeba specializovaných vývojových nástrojů, jako jsou křížové kompilátory , balíčky podpory balíčků nebo debuggery JTAG . Jedná se o významný odklon od platforem vestavěných systémů jiných než x86, které často vyžadují vývojový nástroj od výrobce desky.

Komerčně dostupné jsou i desky CPU jiné než x86 PC / 104 založené na ARM nebo PowerPC . Tyto desky však nejsou schopné běžet na běžném PC softwaru. V těchto případech obvykle výrobce poskytuje balíček podpory desky pro podporované operační systémy.

Pravopisné variace a zkratky

Při tisku na „PC / 104“ nebo jeho varianty je běžné vynechat lomítko nebo pomlčky. PC / 104 může být zkrácen jako PC104, PCI-104 zkráceně jako PCI104 atd. Navíc je běžné, že je PC / 104- Plus zkráceno znaménkem plus (např. PC104 +). Takové zkratky nejsou oficiálně uznány v žádných specifikacích ani v literatuře PC / 104 Consortium, nicméně již nějakou dobu se používají.

Úložný prostor

PC / 104 systémy často vyžadují malé, energeticky nezávislé ukládání, jako je poskytovaná Compact Flash a stav disku pevné látky (SSD) zařízení. Ty jsou často populárnější než mechanické (rotující) pevné disky. Ve srovnání s rotujícími disky mají flash paměťová zařízení omezenou životnost, pokud jde o cykly zápisu, ale jsou rychlejší a odebírají méně energie. Jejich kompaktnost a fyzická odolnost se navíc lépe hodí pro odolné aplikace PC / 104; velikost magnetických pevných disků může být těžkopádná a jejich mnoho choulostivých částí je náchylnější k poruchám v drsném prostředí.

Viz také

• VMEbus
• VPX
• CompactPCI
• SUMIT

Reference

externí odkazy

• Konsorcium PC / 104