发布于：2010/12/27 11:56:32 | 1496 次阅读
构建还是购买电路板？由于存在广泛的形式变化，这通常是一个艰难的决定，尤其是当规格说明中往往包含尺寸、重量和功耗要求时。
大型系统通常采用PC或基于背板的系统实现，这些系统使用板级外形规格，如Compact PCI、VME(Versa Module Eurocard)和虚通道交叉连接(VPX)。较小的设计应采用更紧凑的外形规格。解决方案范围可以从对供应商而言独特的外形规格到大量由不同机构发布的标准规格。
PC/104联盟制定了带指令集架构(ISA)总线的传统PC/104外形规格。这个组织的规范包含PCI Express等高速串行接口(参见“An EPIC Tale: PC/104 Hitches On To PCI Express”)。
同样地，微型化技术推广联盟(SFF-SIG)定义了SUMIT，全称为可堆叠统一模块接口技术(参见“SUMIT Brings Big Improvements In Small Packages”)。PCI工业计算机制造商协会(PICMG)不但拥有从Compact PCI到AdvancedTCA的众多标准，还开发出一种名为COM Express的紧凑型计算机模块外形规格标准。
微型模块
Gumstix公司拥有一系列基于德州仪器(TI)OMAP处理器(参见“OMAP ARMed With Cortex”)的微型模块(参见“A Pack of Gumstix”)。这些模块只有4.2mm高，带两个70引脚的AVX连接器(图1)。
Gumstix公司甚至用自己的Stagecoach产品构建了一个7节点的簇(参见“A Cluster of Gumstix”)。Stagecoach具有一个100Mbps的以太网接口，在完全配置(图2)情况下功耗不到20W。
像Overo这样的小型模块通常不需要散热器，因为它们功耗非常小。有时散热器也能派上用场，就像在Digi公司的一种Rabbit Core模块：MiniCore RCM5600W 上见到的那样(参见“What Microcontroller Is Best?”)。
RCM5600W拥有一个74MHz的Rabbit 5000 16位微控制器，该控制器带128kB的片上SRAM，模块(图3)上有额外的1MB SRAM。RCM5600W还支持802.11b/g Wi-Fi和802.11i安全性。其外形是一块52引脚的Mini PCI Express卡，但模块使用自己的引脚输出，且不支持PCI Express。
采用与其它设备相同的外形规格是一种常见的方法，这使得可以复用连接器技术和成本效率。例如，Eurotech公司的Quantum具有一个144引脚的小外形双列存储器模块(SO-DIMM)边缘连接器(图4)。
这个67.6mm×50mm的模块装有一个520MHz的Marvell XScale PXA270处理器和64MB的SDRAM。它的功耗不到1.5W并包含许多接口，还加入了对TFT/STN/LVDS平板显示器的支持和AC’97音频控制器。
Logic PD是一家工业设计公司，提供种类广泛的模块和开发工具。该公司的AM1808 SOM-M1(图5)采用了TI的Sitara ARM AM1808微处理器(参考“ARM9 Micros Target Industrial and Medical Apps”)。
与许多模块一样，AM1808 SOM-M1将互连线隐藏在电路板下方。该模块还集成了大量外设和存储器，包括LCD控制器、100BaseT以太网、高达8MB的NAND闪存，以及SATA(串行技术附件)和MMC/SD(多媒体卡/存储器件)接口，所有器件都安装在一张30mm×40mm的卡上。
InHand Electronics公司的Fury电路板只有手掌大小，带有一个LCD显示器(图6)。这块电路板安装有TI的达芬奇DM3730视频处理器和1GHz的Sitara AM3703 ARM处理器。Fury电路板也可以不带LCD和外壳直接供货。
有好几种方法可以用来提供强大的计算能力。多核和多处理器模块只是其中的一种。Opal Kelly公司的XEM-3050模块是利用Spartan 3 FPGA (图7)实现的。该模块还使用了64MB的SDRAM、9MB的SRAM和1MB的SPI(串行外设接口)串行闪存。
微型模块的这种小型集成仅仅是小试牛刀。虽然大多数供应商使用标准连接器，但针对这些微型模块的大部分外形规格对某个供应商来说都是的。一些模块可能看起来很相似，但不同的引脚输出使得它们不可互换。今后，尺寸的增大将导致母板上处理器过多。
小型母板
像ITOX公司基于Core i7的CP100-NRM这样的Micro-ATX和Mini-ITX设备，可支持双路DVI显示器和HDMI，是汽车和流水线(图8)上使用的紧凑型平台的理想之选。
这些小型母板利用PCI和PCI Express卡提供了扩展的优势。CP100-NRM拥有一个PCI Express/PCI插槽以及两个千兆以太网端口、六个USB端口、四个串口等。这种母板还能够运作Core i5和Celeron P4500处理器。
威盛电子(Via Technologies)公司的Nano-ITX和Pico-ITX也非常流行。120mm×120mm的Nano-ITX尺寸要小于Mini-ITX和Micro-ATX板，并且经常不需要使用扩展插槽。
Fanless公司的Nano-ITX电路板与艾默生网络能源(Emerson Network Power)公司基于Atom的NITX-300一样，主要用于机顶盒等应用。艾默生电路板实际上同时集成了一个x1 PCI Express插座和一个Mini PCI Express插座，而且支持千兆以太网、SATA和音视频处理。
尺寸较小的Pico-ITX通常单独使用，但Pico-ITXe集成了一个SUMIT连接器。AcessIO公司的Pico-ITXe数据采集模块在这种小型尺寸的基础上作了扩展，因为PC类型的PCI和PCI Express(图9)插槽不适合这种小尺寸。
PC/104是一种典型的堆叠式系统，但它只是众多可堆叠解决方案的初始方案(参考“Playing The Board Game: Stack’em, Pack’em, And Rack’em”)。PC/104电路板使用ISA总线。这种总线和连接器允许处理器板位于堆叠架构的顶部、底部或中间。
这种平台支持并衍生出一系列相关的母板外形规格，如显式并行指令计算(EPIC)、EPIC Express和可扩展嵌入式板卡(EBX)，它们使用一种或多种PC/104堆栈架构的变化形式进行扩展。
许多新标准的推出使一些传统外形规格也焕发出新的光彩。WinSystems公司的EBC-Z5xx是一种EBX型的母板，但它将一对SUMIT连接器改装为除了支持PC/104 ISA扩展外，还能提供对PCI Express的支持，这也是SUMIT-ISM布局(图10)的一部分。工业标准模块(ISM)实质上就是PC/104。
这些可堆叠系统可以处理6个或6个以上的模块，但典型堆栈尺寸只有1.5个电路板大小，这是因为母板通常要提供所需的外设支持。拥有扩展能力通常就足够了，但许多系统还采用了大量的扩展板。
USB是在机箱内越来越流行的另一种装置，可以用来连接处理器和外设。Micro/sys公司甚至还推出了一种堆叠式USB标准，叫做StackableUSB(参考“USB Thinks Inside The Box”)。小型版本的StackableUSB电路板尺寸只有PC/104电路板的四分之一(图11)。
当然，USB扩展不必堆叠。电缆解决方案即使在机箱内部也是一种可行的选项。USB设备可以做到像Toradex公司的OAK USB传感器(图12)那样小。这些传感器从USB电缆获取电源。
尺寸再大一点就是像AcessIO公司的电路板(参考“USB Module Provides 96 or 48 Digital I/Os”)。与大多数USB设备一样，它们在机箱外部同样工作得很好。AcessIO公司为大部分USB电路板提供金属外壳，以便于机箱外使用。虽然电路板之间要通过USB电缆连接，但这些电路板同样能在机箱内部堆叠起来。
此外，还有大量专有的可堆叠外形规格。波士顿电机(Boston Engineering)公司的FlexStack就是一个微型堆叠架构的例子(参考“Make Or Buy: Module Mania”)。飞思卡尔(Freescale)公司的Tower系统则是另一个例子，虽然它被严格设计为一个开发和原型创建平台(参考“What Microcontroller is Best?”)。
让我们再回到标准规格领域看看吧。
COM模块
COM Express是拥有大量支持者的一种计算机模块(COM)外形规格标准，它涵盖带有公共连接器配置的众多外形规格。事实上，PICMG已经定义了许多组合。标准COM Experss电路板尺寸为125mm×95mm，而microETXexpress版本的尺寸是95mm×95mm。
Kontron公司的nanoETXexpress以最小的COM Express外形规格着称，尺寸为55mm×84 mm(图13)。它使用了Intel公司的1.6GHz E6xx“Tunnel Creek”Atom处理器(参见“Tunnel Creek Takes A Number”)。
E6xx能够很好地配合围绕PCI Express设计的COM Express。它提供四个1x PCI Express通道，而不使用专有的前端总线。该芯片在可堆叠的PCI Express外形规格中已经崭露头角。
COM Express并不是的多供应商COM标准。像Portwell公司的PQ7-M100G这样的Qseven模块可以从许多其他供应商处获得，包括ITOX、congatec AG、Advantech和DFI(图14)。
Qseven可以插入坚固的移动PCI Express模块(MXM)连接器。边缘连接器、安装孔和冷却板连接需占70mm×70mm大小的区域。
外设电路板
PC/104等标准对处理器和外设使用相同的外形规格。COM电路板通常插入定制母板，再由母板提供与外部和其它外设的连接。
在上网本和笔记本电脑中经常可以看到像Mini-PCI和Mini-PCI Express这样的外设卡外形规格。它们通常用来提供无线通信和GPS功能。当然，它们也能在其它场合派上用场，Mini-PCI和Mini-PCI Express连接器已经应用在许多母板上。
串行外设扩展(SPX)是来自Versalogic公司的另外一种外形规格。SPX电路板通过菊花链式的SPI(图15)连接。这种连接使用标准的14引脚带状电缆，或者电路板可以插入母板上的连接头。
理论上，SPX模块可以与带有SPI的任何微型规格一起使用。在实际应用中，它们通常用于Versalogic公司的单板计算机中，如EBX Sidewinder或PCI-104 Wildcat。
最初由Diamond Systems公司开发的FeaturePak是一种新的外设规格(参考“Module Packs I/O Features”)。Diamond Systems公司的SUMIT/FP适配器被设计用于支持FeaturePak模块(图16)。
这种模块尺寸为43mm×65mm，是特别针对像PC/104和Themis Nano-ATR这类电路板而设计(参见“Shootout At The VPX Corral”)。FeaturePak可以处理高达100个I/O引脚，而且可以通过模块中常用的PCI Express、USB或I2C接口访问该设备。
开发板
开发板不太可能用于生产系统，但它们能构建出流行的原型平台。这些开发板包括采用TI双内核OMAP3平台的BeagleBoard，这个平台带有600MHz的 Cortex-A8和C64+ DSP(参见“Open Source Bites Board”)，以及带有基于ARM9和C674x DSP 的OMAP-L138的HawkBoard(图17)。这些开发板可以访问所有外设端口，如Beagleboard的HDMI显示器。一些扩展板还在不断推出。
至于更紧凑的平台，开发人员可以采用恩智浦半导体(NXP)的mbed(图18)。这种售价为59美元的微型模块围绕NXP的LPC1768 Cortex-M0微控制器构建，可以插入40引脚的插座(参见“Cortex-M0 MCU Challenges 8- And 16-Bit Micros Across The Board”)。目前市场上已提供好几种基板。
如果你想找便宜货，那就试试意法半导体(STMicroelectronics)公司售价10美元的STM32 Discovery套件(图19)。这个模块比mbed要稍大一点，但能完整访问24MHz、64引脚的STM32F100RBT6B微控制器。该芯片带有128kB的闪存。几乎一半的模块专门用于基于USB的ST-Link调试接口。
内置USB调试接口和开发软件是这些开发板共有的几项特性。这些开发板至少提供了掌握微控制器的一个良好途径。
有一件事非常明确，就是电路板的选择范围很大。虽然这不一定意味着选择起来会更加轻松，但它确实表明可能会有一个选项更符合你的设计需求。
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