(812) 466-57-84 /
Новости Продукция Номенклатура Статьи О фирме Контакты Вакансии
Архитектура серий С167 и ST10x167
Применение контроллеров
Распределенные системы управления
Проектирование распределенных систем управления
О стандарте PC/104
Изделия в стандарте PC/104 для жестких условий
Одноплатные компьютеры-контроллеры в стандарте PC/104
CAN-интерфейс
Микропроцессорные контроллеры CS, M, 167х
Новые 16-разрядные DSP-микроконтроллеры
Краткое описание микроконтроллера C16x
Краткая система команд C16x/ST10
Полная система команд C16x/ST10x
Дополнительные команды для XC16x и ST10F269
Параллельные порты микроконтроллеров C167 и ST10F269
Блоки формирования импульсных сигналов C16x/ST10x
Формирование ШИМ с повышенным разрешением
Универсальные блоки таймеров
Интерфейс АТ96 (Евростандарт)
Подключение контроллеров
Процессоры цифровой обработки сигналов
Архитектура микроконтроллера TMS320C32
Архитектура микроконтроллера TMS320C33

О стандарте PC/104

Стандарт на промышленные PC-компьютеры для встроенных приложений (расширение стандарта IEEE-P996 (ISA)).

Необходимость использования стандарта для встроенных приложений на базе PC-архитектуры.

За последние десятилетия архитектура PC-компьютера стала признанной платформой и далеко шагнула за пределы настольного применения. Специализированные PC-компьютеры используются в бортовой аппаратуре (спутниковые, морские и промышленные системы), в исследовательских целях, в измерительной аппаратуре, в устройствах связи, в медицинских приборах и в качестве универсальных контроллеров. При введении стандарта на аппаратную и программную части для широко распространенной PC-архитектуры, разработчик встроенных систем может значительно уменьшить стоимость, риск и время разработки, поскольку для PC-компьютеров разработано большое количество прикладного программного обеспечения, а архитектура таких компьютеров хорошо известна разработчикам. Быстрая разработка программного обеспечения и использование готовых PC модулей позволяет экономить средства при разработке систем, быстрее выходить на рынок с новыми изделиями, повысить универсальность электронных изделий и обеспечить их быструю модернизацию.

Другая важная особенность использования PC-архитектуры - это низкая стоимость программной и аппаратной поддержки, которая намного экономичнее таких платформ, как STB, VME, MULTIBUS и т.д., а это дополнительное уменьшение затрат и увеличение надежности работы. Для обеспечения совместимости промышленных PC компьютеров ряд компаний объединились для выпуска продукции, удовлетворяющей их требованиям. Размеры конструктива материнской платы (800x299 мм) по стандарту IEEE-P996 (ISA) и связанные с ним корпус и задняя панель очень громоздки и неудобны для встраиваемых систем. Появилась необходимость создания PC-компьютера, удовлетворяющего уменьшенным размерам, низкому потреблению и обладающего дополнительными функциями (поддержка дисков ПЗУ, Watchdog таймеров, LCD дисплеев, интерфейсов PCMCIA и т.д.), которые необходимы для встроенных систем управления. Все эти преимущества необходимо было получить при полной совместимости со стандартной PC-машиной как по аппаратной, так и по программной частям.

Стандарт PC/104 (IEEE-996.1) был разработан в ответ на эти требования. Он предлагает полную совместимость по PC-архитектуре, аппаратной и программной частям, но в исключительно компактном (90х96 мм) варианте стыкуемых модулей. Главная особенность стандарта - это то, что он дает возможность различной компоновки PC компьютера. Например, стековая архитектура обеспечивает минимальные габариты компьютера, а использование базовой платы обеспечивает его минимальную высоту. Применение новых разъемов для PC-шины обеспечивает надежную работу компьютеров в жестких условиях эксплуатации (повышенная вибрация, солевой туман, широкий диапазон температур и т.д.). Новейшие технологии производства электронных компонентов (субмикронная технология), применение поверхностного монтажа высокой плотности позволили резко сократить габариты и потребление энергии модулей PC/104, что позволяет использовать их в закрытых объемах без дополнительного охлаждения. Например, типовой PC/104 компьютер i486 серии потребляет 2,5 Вт. Малые габариты позволяют легко термостатировать компьютеры PC/104 при использовании в условиях сверхнизких температур (-60°С и ниже).

Стандарт PC/104, таким образом, идеально удовлетворяет требованиям для встроенных систем, что сделало его чрезвычайно популярным не только в США, но и в странах Европы и Азии, где технология производства обеспечивает требования стандарта PC/104.

В настоящее время росту популярности стандарта PC/104 дополнительно способствует мировая тенденция перехода к распределенным системам управления, которые обладают большой гибкостью, легкостью обслуживания и высокими показателями надежности. При построении систем широко используются сетевые интерфейсы: Ethernet, Arcnet, ProfiBus, InterBus-S, CAN, LON и т.д., а аппаратная и программная поддержка для операционных систем QNX, RTXC, AMX, MS-DOS и т.д. широко представлена фирмами, работающими в стандарте PC/104. Удачная конструкция модулей PC/104 позволяет использовать как готовые конструктивы DIN-rail и Евростандарта, которые наиболее широко используются в промышленности, так и специальные, которые предназначены для жестких условий эксплуатации.

Бурное развитие стандарта в 94-95-х годах привлекло повышенное внимание компаний, выпускающих оборудование для военных применений. Сегодня в стандарте PC/104 выпускаются основные интерфейсы MIL-STD, конструктивы с требованиями MIL-STD, интерфейсы для авиационной промышленности (ARINC-419/429/561/575/615).

Расширение стандарта IEEE-P996

Модули PC/104 изготавливались начиная с 1987г., хотя их спецификация не публиковалась до 1992г. С 1992г. интерес к PC/104 резко возрос, и более трех десятков производителей представили около ста типов различных модулей PC/104. Стандарт PC/104 появился как модификация стандарта IEEE-P996 для промышленных приложений. В 1992 г. Международный Институт Инженеров по Электронным Разработкам (IEEE) начал проект по стандартизации уменьшенного конструктива стандарта (IEEE P996draft specification) для PC- и PC/AT-машины для встроенных применений. Спецификация PC/104 была принята как базовый документ для нового стандарта IEEE, названного Р996.1 Standard for Compact Embedded - PC Modules (Стандарт для компактных встраиваемых PC модулей). Появившись в США, стандарт PC/104 стал быстро распространяться. Сегодня изделия в стандарте PC/104 производят не только в США, но и в Европе и Азии. Объемы продаж за последние годы постоянно возрастают. Количество членов консорциума только за 1995 г. увеличилось на 35%.

Ключевые отличия между PC/104 и PC ISA (IEEE-P996)

  • Компактность конструкции. Размер уменьшен до 90 х 96 мм.
  • Удобная конструкция шины, допускающая различные варианты компоновки PC-модулей, уменьшает стоимость, громоздкие задние панели и исключает применение корзины.
  • Разъемы PC/104 (cквозные штыревые). Стандартные разъемы PC-шины, расположенные на боковой стороне плат для уменьшения габаритов и для обеспечения работы в жестких условиях эксплуатации, были заменены компактными 64- и 40-контактными штыревыми разъемами.
  • Стандарт IEEE-P996.1 (PC/104) позволяет уменьшить ток шинных формирователей до 4 мА (максимальный не оговаривается), это дает возможность снизить потребление энергии до 1-2 Вт на модуль, что является важным фактором при работе без принудительного охлаждения в закрытом объеме. Типовые модули процессоров серии 486/586 обычно содержат шинные формирователи с выходным током не менее 24 мА, что равносильно нагрузочной способности обычной ISA шине. При этом на шину PC/104 возможно подключение до 12 модулей.

Используя стандаpт PC/104, фирмы выигрывают от применения стандартных изделий с широкой номенклатурой, включающей большой выбор изделий промышленного назначения, получая при этом поддержку фирм изготовителей. Применение стандартных изделий позволяет избежать зависимости от конкретного производителя и дает возможность модернизации выпускаемой продукции в дальнейшем.

Два вида использования модулей PC/104

Различная компоновка модулей PC/104 практически не ограничивает разработчика в использовании их во встроенных системах. Например, стековая архитектура обеспечивает минимальные габариты компьютера, а использование базовой платы обеспечивает его минимальную высоту.

Компоновка отдельных модулей (стековая архитектура)

Как показано далее, модули PC/104 стыкуются друг с другом, образуя этажерочную конструкцию. При такой компоновке отпадает необходимость в соедининительной кросс-плате и корзине, обеспечивая надежную конструкцию PC-машины и минимальные габариты. Состыкованные модули расположены на расстоянии 15 мм друг от друга. (Три модуля, состыкованные вместе, занимают объем 90х96х51 мм.)

Схема стыковки модулей.
Рис. 1. Схема стыковки модулей.
Пример стыковки модулей.
Рис. 2. Пример стыковки модулей.

Применение базовой платы

При такой компоновке модули помещаются на пользовательскую несущую плату, обеспечивающую крепление модулей PC/104 и соединение между ними. Наращивание PC-компьютера в такой конфигурации обеспечивается через выбор размеров несущей платы, если необходима плоская конструкция, или дополнительную установку модулей (стековый вариант). Применение комбинированной компоновки дает большие возможности при проектировании и модернизации крупных систем.

Установка модулей PC/104 на базовой плате.
Рис. 3. Установка модулей PC/104 на базовой плате.

Шина PC/104 (IEEE-P996.1) и ISA (IEEE-P996)

Основной разъем

PC/104 Сигнал ISA 0 PC/104 Сигнал ISA
A1 IOCHCHK A1   B1 0V B1
A2 D7 A2   B2 RESETDEV B2
A3 D6 A3   B3 +5V B3
A4 D5 A4   B4 IRQ9 B4
A5 D4 A5   B5 -5V B5
A6 D3 A6   B6 DRQ2 B6
A7 D2 A7   B7 -12V B7
A8 D1 A8   B8 ENDXFR B8
A9 D0 A9   B9 +12V B9
A10 IOCHRDY A10   B10 (KEY) (N/A)2
A11 EN A11   B11 SMEMW* B11
A12 A19 A12   B12 SMEMR* B12
A13 A18 A13   B13 IOW* B13
A14 A17 A14   B14 IOR* B14
A15 A16 A15   B15 DACK3* B15
A16 A15 A16   B16 DRQ3 B16
A17 A14 A17   B17 DACK1* B17
A18 A13 A18   B18 DRQ1 B18
A19 A12 A19   B19 REFRESH* B19
A20 A11 A20   B20 SYSCLK B20
A21 A10 A21   B21 IRQ7 B21
A22 A9 A22   B22 IRQ6 B22
A23 A8 A23   B23 IRQ5 B23
A24 A7 A24   B24 IRQ4 B24
A25 A6 A25   B25 IRQ3 B25
A26 A5 A26   B26 DACK2* B26
A27 A4 A27   B27 TC B27
A28 A3 A28   B28 BALE B28
A29 A2 A29   B29 +5V B29
A30 A1 A30   B30 OSC B30

Дополнительный разъем

PC/104 Сигнал ISA 0 PC/104 Сигнал ISA
C0 0V (N/A)4   D0 0V (N/A)4
C1 SBHE* C1   D1 MEMCS16* D1
C2 LA23 C2   D2 IOCS16* D2
C3 LA22 C3   D3 IRQ10 D3
C4 LA21 C4   D4 IRQ11 D4
C5 LA20 C5   D5 IRQ12 D5
C6 LA19 C6   D6 IRQ15 D6
C7 LA18 C7   D7 IRQ14 D7
C8 LA17 C8   D8 DACK0* D8
C9 MEMR* C9   D9 DRQ0 D9
C10 MEMW* C10   D10 DACK5 D10
C11 SD8 C11   D11 DRQ5 D11
C12 SD9 C12   D12 DACK6* D12
C13 SD10 C13   D13 DRQ6 D13
C14 SD11 C14   D14 DACK7 D14
C15 SD12 C15   D15 DRQ7 D15
C16 SD13 C16   D16 +5V D16
C17 SD14 C17   D17 MASTER* D17
C18 SD15 C18   D18 0V D18
C19 (KEY) (N/A)3   D19 0V (N/A)4

Разъемы PC/104

Для 8-разрядной шины PC/104 используются 64-контактные разъемы,

для 16-разрядной - 64- и 40-контактные разъемы с золотым покрытием.

Разъемы PC/104
Рис. 4. Разъемы PC/104

Характеристики:

  • Сопротивление изоляции- не менее 5 000 МОм.
  • Напряжение пробоя изоляции- не менее 1000 В 60 Гц.
  • Сопротивление контактов- не более 0.01 Ом.
  • Ток контакта- 1 А.
  • Диапазон рабочих температур- -65°С - +125°C.

Конструктив

01 thru 36
-S -G
=20µ* (0,51µm)
Gold Contact
Gold Flahs on Balance
-D -S
=30µ* (0,76µm)
Gold on Contact area
Tin on Tail
-T -H
=30µ* (0,76µm)
Gold on Contact area
Gold Flahs on Balance
(ESW style -12 only)
(Minimums may apply)
  PC/104 J1/P1 "Stackthrough" Connectors
Standart Insertion Force ESQ-132-14-G-D
Low Insertion Force ESQ-132-39-G-D
PC/104 J1 "Non-Stackthrough" Connectors
Standart Insertion Force ESQ-132-12-G-D
Low Insertion Force ESQ-132-37-G-D
PC/104 J2/P2 "Stackthrough" Connectors
Standart Insertion Force ESQ-120-14-G-D
Low Insertion Force ESQ-120-39-G-D

PC/104+ - дальнейшее развитие стандарта IEEE-P996.1 (PC/104)

Развитие стандарта IEEE-P996.1 (PC/104) в 95-96 годах привлекло внимание крупных электронных компаний, производящих электронную продукцию для специальных применений. Сегодня почти все основные производители встраиваемых компьютеров выпускают изделия в этом формате, трудно найти приложения, которые не были бы реализованы в стандарте PC/104.

В конце 1996 г. фирмы AMPRO и MOTOROLA анонсировали дополнение шины PC/104 шиной PCI, при полной совместимости со старыми изделиями в IEEE-P996.1 (PC/104). Новая спецификация была одобрена подавляющим большинством членов консорциума PC/104 в феврале 1997 г. и предложена к публикации на конференции по встраиваемым системам в Бостоне в марте 1997г.

Спецификация PC/104 plus с шиной PCI

Сигнал a b c d
1 5.0V KEY Reserved +5V AD00
2 VI/O AD02 AD01 +5V
3 AD05 GND AD04 AD03
4 C/BE0* AD07 GND AD06
5 GND AD09 AD08 GND
6 AD11 VI/O AD10 M66EN
7 AD14 AD13 GND AD12
8 +3.3V C/BE1* AD15 +3.3V
9 SERR* GND SB0* PAR
10 GND PERR* +3.3V SDONE
11 STOP* +3.3V LOCK* GND
12 +3.3V TRDY* GND DEVSEL*
13 FRAME* GND IRDY* +3.3V
14 GND AD16 +3.3V C/BE2*
15 AD18 +3.3V AD17 GND
16 AD21 AD20 GND AD19
17 +3.3V AD23 AD22 +3.3V
18 IDSEL0 GND IDSEL1 IDSEL2
19 AD24 C/BE3* VI/O IDSEL3
20 GND AD26 AD25 GND
21 AD29 +5V AD28 AD27
22 +5V AD30 GND AD31
23 REQ0* GND REQ1* VI/O
24 GND REQ2* +5V GNT0*
25 GNT1* VI/O GNT2* GND
26 +5V CLK0 GND CLK1F
27 CLK2 +5V CLK3 GND
28 GND INTD* +5V RST*
29 +12V INTA* INTB* INTC*
30 -12V Reserved Reserved 3.3V KEY