雖然標準組織在使用更新技術代替過時的ISA總線技術方面存在分歧,，但經典PC / 104對嵌入式系統(tǒng)設計者仍具吸引力,。

　　要點

* PC/104" title="PC/104">PC/104模塊大小適度，配置穩(wěn)健,，功耗低,，成本低，可用性強,，是高效的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺。
* 雖然開發(fā)者是在衰退的行業(yè)標準架構（ISA）總線上開發(fā)了PC/104架構,，且已使用長達20年之久,，但該架構仍比包括PC/104-Plus和PCI-104在內的更高速擴展產品賣得好。
* 最近關于PC/104升級版的規(guī)范提議已經包括PCIe或 USB通信,，以便保持與基于PCI的軟件的兼容,。
* 新的PC/104外型更新舍棄了直接與傳統(tǒng)產品兼容，以提高計算和通信性能,，并且維持板的空間,。

      隨著官方規(guī)范的增加，以及要求開發(fā)更多性能的多個定制變體的出現(xiàn),，像PC/104這樣的架構仍然是堅固且受空間限制的嵌入設計的主要選擇,。然而，這些架構將來可能面臨麻煩,。PC/104靈活多樣,，自其問世以來，一直是嵌入系統(tǒng)行業(yè)的寵兒,，使設計者可以從數百個現(xiàn)成可用的處理器和擴展卡中進行選擇,，并有大量可用的桌面軟件，以簡化系統(tǒng)集成,。遺憾的是,，用戶不斷要求提高某些應用的數據速率,，而行業(yè)協(xié)會尚未就下一代板到板通信" title="板到板通信">板到板通信策略達成一致。此外,，由于最新的處理器芯片組不再支持傳統(tǒng)PC/104架構,，用戶對于目前可用數據率的滿意程度也面臨問題。

　　1987年,，安普電腦（Ampro Computers）提出了最初的PC/104概念,，以便將低成本臺式機芯片和軟件用于嵌入式系統(tǒng)。其名稱取自PC以及16位業(yè)界標準架構（ISA）總線的接口腳數,。該公司在 1992 年公布了PC/104的第一個正式規(guī)范,，目前PC/104 Embedded Consortium仍保留該規(guī)范。PC/104卡使用堆疊嵌入連接器,，無需主板,、背板或插件框架。即使在惡劣的環(huán)境中,，這些引腳和插槽總線連接器也能提供可靠的信號路徑,。PC/104卡有四個角落安裝孔來支撐板，用于抵制撞擊和振動,。每個卡大小為 3.6英寸×3.8英寸,，堆疊式卡間隔為0.6英寸。

　　雖然ISA總線已經不在臺式機中使用,，但對于嵌入系統(tǒng)來說,，它仍然具有優(yōu)勢。許多嵌入系統(tǒng)的設計者,，對上一代處理器和停止使用的ISA總線很滿意,。外設卡簡單、成本低,、易于設計,，這些都是嵌入產品的基本要求。ISA總線速度相對較低,，這也使噪聲和電磁干擾（EMI）防護方案更為簡單,。然而，ISA總線一直受歡迎的主要原因在于,，大量的現(xiàn)成產品采用該架構,，給了設計者很大的選擇空間。多家制造商現(xiàn)在生產數百種獨有的低成本現(xiàn)成PC/104產品（見附文1《PC/104新論》）,。

　　改變總線,？

　　自PC/104問世以來，設計人員為它集成了多種增強功能，以擴展其性能,。外圍設備互連（PCI）總線實際上已經取代了ISA在臺式機中的地位,，因而系統(tǒng)架構師把它增加到PC/104中。 PCI總線為高性能外設和應用特定硬件帶來高得多的數據速率,。PC/104 Embedded Consortium在 1997 年發(fā)布了PCI擴展規(guī)范,，即PC/104-Plus。PC/104-Plus規(guī)范使板的設計人員可以選擇單獨使用ISA總線,、同時使用PCI和ISA總線或單獨使用PCI總線,。PC/104-Plus需要新的連接器，即J3/P3,，來容納PCI總線腳,。由于板空間損失是PCI升級版的劣勢之一，因而PC/104 Embedded Consortimun創(chuàng)建了PCI-104變體,，它無需使用ISA總線,。原始版的PC/104仍然比PC/104和PCI-104 更新版都賣得好。

　　為了跟上技術的發(fā)展,，并跟上不斷優(yōu)化的桌面軟件的節(jié)拍,，業(yè)界組織已經為開發(fā)下一代PC/104至少提出了三種標準。這些更新采用由PCI SIG（Special Interest Group）定義的最新PCIe （PCI Express）規(guī)范,，以及用于提高數據速率和改進板到板通信的USB（通用串行總線）2.0 技術（見附文2《PCI Express：可堆疊式系統(tǒng)的理想結構》）,。雖然每種新標準均顯著地改進了可堆疊架構的性能，但最終產品不能交互操作,，并且各產品與傳統(tǒng)PC/104產品的兼容程度也不盡相同,。

　　PC/104 Embedded Consortiun于2008年初就PCI / 104-Express規(guī)范達成一致協(xié)議，以便定義在嵌入式系統(tǒng)應用中使用高速 PCIe總線的標準方法,。基本的PCIe鏈接包括兩條信號通道,，該通道使用低壓差分信令(LVDS)擺動和恒流線路驅動器,，能以5GT/s的速率在每個方向通信?？梢酝ㄟ^增加信號對（或通道）來增加每個PCI Express鏈接的帶寬,，直到達到所需性能水平為止。雖然PCIe規(guī)范定義了1道,、2道,、4道、8道,、16道和32道帶寬,，但PCI / 104-Express 規(guī)范只支持4個1道鏈接和1個16道鏈接。

瑞士數字邏輯（Digital-Logic）公司提供多種PCI/104-Express卡，包括MicroSpace MSM200 系列單板計算機（圖1）,。模塊采用英特爾Atom處理器,，運行速度為1.6 GHz，還提供多種板載RAM選項,。模塊的目標應用是電池供電的移動計算機,、視頻信息終端、具有音樂輸出的游戲系統(tǒng),、測量儀器和電信設備,。除了具有高速中央處理器 （CPU）之外，MSM200為上述應用提供所有標準的PC接口,，包括以太網接口,、一個音頻控制器、四個 RS-232 接口和兩個串行及一個平行磁盤接口,。 MSM200 的起價為每單位（100）364 歐元（約520 美元）,。

        Express104

　　最近成立的行業(yè)貿易團體SFF SIG（Small Form Factor special-interest group）采取不同方法，于2008 年初定義了Express104 PC/104 extension,。這些板采用一兩種新開發(fā)的52腳可疊堆統(tǒng)一模塊互連技術（SUMIT)連接器,。其中一個連接器提供2個1道鏈接和1個4道鏈接，外加3個USB 2.0接口,、1個低引腳計數總線,、2個串行外圍接口（SPI）通道、1個系統(tǒng)管理總線（SMBus）和1組ExpressCard接口信號,?？晒┻x擇的第二個連接器提供另一組1道和4道鏈接。Express104 也支持可選配置,，它包括一個PCI到ISA網橋芯片,，以便與傳統(tǒng)PC/104板兼容。雖然幾家制造商已經表示了對Express 104模塊的興趣,，但截至2008 年底,，沒有一家制造商發(fā)布該模塊。

　　Micro/sys Embedded Systems基于PC/104外型尺寸創(chuàng)建了一種新的可堆疊式結構,，提供了另一種方法來加強通信協(xié)議,。StackableUSB使用 USB，并且保留了PC/104的尺寸和堆疊優(yōu)勢,。 StackableUSB 支持多達16個外圍板,，利用USB即插即用的功能，而且無需使用帶有內置堆疊嵌入連接器的電纜,。Micro/sys最近推出了基于 104外型尺寸的SBC1626網絡就緒控制器,，它帶有7個 USB 端口，包括5個通過StackableUSB連接器的主機端口和2個客戶端USB端口（圖2）。除了聯(lián)網功能之外,，基于ARM的SBC1626還具有24條數字輸入/輸出線路,、8個可讀取DIP交換機、8個供應用程序使用的LED以及4個RS-232端口,。64 MB板載線性閃存和128 MB SDRAM支持Linux或Windows CE等高級操作系統(tǒng),。基本SBC1626的起價為450 美元（1件）,。

為了達到標準性能,，只要傳統(tǒng)產品可用，嵌入系統(tǒng)設計者將繼續(xù)指定并集成傳統(tǒng)的PC/104,。此外,，只要板設計者能夠設法把較新芯片和過時的ISA總線連接起來，制造商將繼續(xù)生產這些產品,。如果要使用更高的性能,，則需要更新升級。除非業(yè)界選擇PC / 104的接替者,，否則,，由于制造商生產出不兼容的產品，很可能會使PC/104架構進入一個支離破碎的階段,。與此同時,，經典PC/104繼續(xù)存在。

　　附文1：PC / 104 新論

　　設計預算不僅要滿足成本需求,，而且還要考慮到開發(fā)時間,、所占空間和性能因數，PC/104或PC/104兼容系統(tǒng)可成為有效的選擇,。PC/104或PC/104平臺適用于需要少量（如有）硬件定制的設計方案,，性能穩(wěn)定，經過演進可在小型設備內提供更高性能,。

　　穩(wěn)定的平臺允許設計者更換供應商的PC/104產品,，以便大幅度提高性能，而這種提高是過去幾年使用的產品無法實現(xiàn)的,。事實上,，制造商可使組件位于板上的同樣位置,，這可能是使用行業(yè)標準產品的最重要優(yōu)勢之一,，也簡化了從較老的PC/104向較新的PC/104架構的設計演變。此外,，一些制造商使模塊特性保持一致,，避免了PC/104設計需要添加布線而導致機箱內部結構更復雜。PC/104信號使用通孔連接器而非插件連接器，這樣通過電纜把信號傳輸到外面,?；蛘撸O計者也可使用附帶插件連接器的載板,。

　　PC/104堆疊通常最多有6個模塊板,。因此，設計者把CPU板以及所有連接器放在基線板頂部,。如果CPU板缺少某種功能,，這是一些供應商提供的模塊板的常見問題，設計者必須在上面使用另一組模板,。其中一塊板可能包括圖形,，另一塊可能包括聲音，再一塊可能采用以太網或火線接口,。較高級的板能減小堆疊數,。例如，一些帶有內置輸入/輸出功能,，因此設計者不需要使用具有圖形,、以太網或音頻功能的單獨PC/104板。使用功能強大和選擇得當的板能快速將堆棧從6個小型單板計算機減少到只有2個,。

　　PC/104還具有一些其他優(yōu)勢,，例如，適用于要求適度性能且預算較少的設計,。而且,，如果一個設計方案使用PC/104板，設計者傾向于停留在同一技術領域,。緊縮的預算和占用較小空間可能意味著,，要停留在同一平臺內，需要進行一些折衷,，但是PC/104的發(fā)展已經提高了在這一方面的潛力,。并不是所有的PC/104板都一樣，其中一些比較的更高級,。

　　附文2,，PCI Express：可堆疊式系統(tǒng)的理想結構

　　多種小型（SFF）嵌入式系統(tǒng)應用均采用可堆疊架構來支持系統(tǒng)和輸入/輸出擴展，而無需底板或插件框架,。在過去的16 年間,，可堆疊系統(tǒng)的互連元素從行業(yè)標準架構（ISA）遷移到外圍設備互連（PCI）。現(xiàn)在,，既然有PCI/104 Express標準可以遵循,，嵌入式系統(tǒng)設計者可以利用PCIe（PCI Express）技術來降低成本和功耗,，減少板占用空間，減少布線,，減少連接器,，提高數據吞吐量，縮短時延,，并實現(xiàn)與傳統(tǒng)PCI軟件的兼容,，這能大大簡化向PCI/104-Express的過渡。

        采用PCIe的PC,、服務器和工作站使其具有廣泛可用性,，促使PCIe設備數量快速上升，從而極大地降低其成本,。實際上,，一條傳輸速率為250Mb/s的PCIe鏈路只使用4條線，即一對傳送器線路和一對接收器線路,，降低了能耗,。與此相比，32位PCI總線需要超過100條輸入/輸出線路,，最大傳輸速率是125 Mb / s,。輸入輸出線路明顯減少，正是由于這一原因,，芯片上的腳數減少,，這意味著占板空間減少，連接器數量減少,，PCIe布線減少,。

　　設計者已經在使用廣泛發(fā)布的以25GT/s運行的第一代PCIe，以5GT/s運行的第二代PCIe,，以及來自PLX Technology等供應商的交換機,，以便在基于PCI/104 Express的可堆疊/SFF系統(tǒng)內構建高性能互連結構。PCI/104-Express需要4個1道第一代PCIe鏈接,，每個鏈接支持250 Mb/s,，該速度是PCI/104使用的32位、33-MHz PCI帶寬的兩倍,。也可以使用第二代交換機,，因為它們能自動向下鏈接第一代PCIe鏈路。這一速度極大地提高可堆疊/SFF 系統(tǒng)輸入/輸出帶寬,，從而造就速度更快的結構,。另外，它提供多達4條高速輸入/輸出通道,，不需要像PCI/104 那樣,，共享單一總線的帶寬。PCI / 104 Express還指定了一條16道PCIe鏈接,，大大提高數據吞吐量,，使之達到PCI 32/33標準的32倍多。

　　設計者已經應用了其他輸入/輸出互連,，如USB和GbE（千兆位以太網),，但二者的數據吞吐量和時延都不及PCIe。比如,，一個高速USB 2.0 連接器僅能提供40 Mb/s的速度,，而最慢的第一代PCIe鏈路的傳送速率為250 Mb/s。GbE 僅支持125 Mb/s的速度,，而且還具有高時延,，而最快的16道第二代PCIe鏈路的吞吐量可高達10 Gb/s。