嵌入式设计：随着标准一起变小

由于新型嵌入式设计结合了高度集成芯片、便携式平台和飞速增长的数据速率，因此行业正在采用强调冷却、可靠性和性能的更小形状系数。

　　要 点

　　最新基于交换结构的模块式电脑把处理器、海量存储器、外设接口全都装入一个尺寸更小的可更换模块中。

　　标准机构不断更新扩充板规格，以便向嵌入式系统设计者提供现成的预制产品源。

　　大部分小形状系数板级规格均已选择 PCIe串行通信，以便与基于 PCI 的软件保持软件兼容性。

　　新模块标准努力提高计算和通信性能，并保持与原有硬件的电气和机械兼容性。

在减小工业、医疗、消费应用及其它空间关键应用的尺寸方面，压力持续不断，引发了形状系数极小的嵌入式计算平台的新潮流。由于采用开放标准和专有设计，这些新平台为系统设计者提供了日益增多的现成计算和外设模块，以便简化尺寸受限的应用。尽管它们尺寸紧凑，但这些微型系统组件充分利用新计算元件、串行通信和智能散热技术，以交付强大的处理能力和I/O性能。

因为嵌入式器件和系统的体系结构和设计的根本变化，更小形状系数成为可能。最新的芯片技术能把多颗处理器、图形元件和网络接口集成到单片器件上，因此节约了非常多的板空间。高速数据速率也推动设计者从并行多点总线结构转向串行交换结构技术，额外的好处是占用面积更小。产品开发者也找到了供电、冷却和封装的新技术，它们将总体系统尺寸减至最小。

伴随着新的缩小尺寸的要求，嵌入式系统设计者正在转向预制的现成模块，它们集成了最新的 CPU 技术与标准外设。这些标准化的电脑模块使设计者能用节省的大量 NRE（非重复性工程）成本换取稍高的重复性成本。与传统的单板设计相比，可更换的处理器模块有几项技术优势和经济优势。例如，设计者可以为嵌入系统提供更先进的处理器模块，以利用先进的特性，如联网、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，则难以或无法实现这些特性。

当增加数据带宽时，交换结构技术通过减少板对板通信所需的引脚数目以及板面积，也为系统尺寸提供了重要帮助。交换结构体系结构，例如以太网、 PCIe、Rapid I/O、InfiniBand，都是最新的板标准，它们消除了许多与并行总线方案有关的问题。每条连接都是一条直接的点对点数据路径，从而得到比总线体系结构更好的电气特性和更大的带宽。数据路径也可以动态改变，以支持多路数据并发传输，并且使数据绕过故障。由于 PCIe 与驱动程序和操作系统软件兼容， 因此它是较受欢迎的交换结构技术之一。基本的 PCIe 链路包括两条信号路径，它们使用较小的差分电压摆幅以及恒流线路驱动器，以便在各个方向上实现速度高达 4 Gbps 的通信。设计者只需简单地增加信号对（称为“道”），就可以增加每条 PCIe 链路的带宽，直到达到所需性能水平。PCIe 规格支持1道、2道、4道、8道、16道和 32道宽度。

　　快道

几乎所有主要的板标准均已包括 PCIe 及其它交换结构扩展标准，以便提升数据速率，用于高性能应用。

例如，PICMG 效法台式机技术，把PCIe并入CompactPCIe规格。CompactPCIe 提供可伸缩的高带宽数据路径、分组数据协议，并且与 PCI 硬件和驱动软件兼容。CompactPCIe 的最新代表之一来自General Micro Systems公司，具有小形状系数。该公司的传导冷却型 3U CC40x 单板电脑的典型工作功耗为3.5W（图1）。General Micro Systems 公司把英特尔公司的 Atom 处理器作为该模块的基础，处理器运行速度高达 1.6GHz，带有 512 kB L2 缓存。该电路板提供多达1 GB SDRAM、 16 GB 可引导闪存、6 个 USB-2.0 端口、2 个串口、2 个用于定制 I/O 的 SDIO 端口。此外，CC40x 为用户提供带有 3D 加速的高性能图形特性，并支持频率为85 Hz 的 1280像素 × 1024像素视频分辨率。传导冷却型的起价为 3110 美元。

继续小形状系数话题，MEN Micro 公司最近推出了 XM1 电脑模块，其设计旨在遵守 ANSI-VITA 59 RSE 夹层标准（图2）。该模块为降低功耗和缩小形状系数，把英特尔 Atom 处理器与 1GB 的焊接 DDR2 SDRAM 相连接。RSE把夹层模块上的电脑与先进冷却技术、最新串行总线和加固组件结合起来，以便确保在铁路、航空电子、工业自动化、医学工程和移动应用的恶劣环境中可靠工作。基于英特尔技术的 XM1 提供的屏蔽温度范围是-40℃~ +85℃。 MEN Micro 公司在两个 120 引脚连接器上分配电信号，并只为现代串行总线定义信号，从而消除与旧设备的兼容性。对于 PCIe，设计者能把 4 个单道端口和