PC/104为工业物联网革命增加了处理能力和密集I/O

尽管 IIoT 准备通过应用智能和连接来重塑工厂自动化、交通运输、能源和其他工业市场，但为这些领域提供动力的嵌入式系统仍然受制于寿命、可靠性和低功耗。然而，与此同时，更高精度传感器的使用、对视频和图形功能的日益增长的需求以及对本地分析处理的需求正在推动对性能的指数级需求。

像往常一样，嵌入式（现在是物联网）设计人员有责任平衡这些需求与尺寸、重量、功率和成本 （SWaP-C） 阈值。此外，关键行业通常需要无需大量重新设计即可集成到现有系统中的解决方案。

这些要求的交汇点是经过验证、紧凑且易于扩展的PC/104 标准。除了占用空间小和功耗低之外，组件供应商和电路板设计人员之间的密切合作导致了一种可堆叠架构，该架构已应对过去三个十年中的每一个设计挑战。PC/104 现在配备了下一代 I/O 并支持现代处理器，已准备好升级具有 IIoT 功能的工业系统的安装基础。

PC/104 从工业到 IIoT 的演变

为了与摩尔定律保持一致，即对更多计算能力的驱动以及对更快数据链路的需求，PC/104 系列规范自 1987 年推出以来一直采用新的 I/O 技术。如图 2 所示，这Evolution 包括从原始 ISA 总线基础添加 PCI 和 PCI Express （PCIe） 接口。

图1.自 1987 年以来，PC/104 系列规范为更高性能的嵌入式系统提供了垫脚石。现在，它使这些系统能够过渡到 IIoT

PC/104 技术的进步也与工业系统中不断提高的带宽要求相吻合，工业系统现在采用多核片上系统 （SoC） 来支持额外的传感器和连接，作为 IIoT 基础设施的一部分。对于希望扩展现有设计以支持这些功能的设计人员，PC /104- Plus和PCI/104-Express提供了理想的桥接技术。

例如，PCI/104-Express 不仅支持 PCIe，还支持 USB、SATA 和千兆以太网 （GbE） 等高速接口。这些接口与 PCI/104-Express 规范中更高级别的信号完整性一起，简化了下一代 I/O 外设的集成，并且在向堆栈添加模块时无需重新设计。

而且，借助可满足几乎任何所需功能的 PC/104 兼容外围模块，设计人员可以快速从工业转向工业物联网。

强大的外设将 PC/104 供电到 IIoT

通过在处理器基板顶部堆叠外围模块来添加功能的能力帮助 PC/104 多年来保持其受欢迎程度。除了为新技术提供平台外，每块板上的角安装孔和堆叠式连接器（除了底座）意味着基于 PC/104 技术的旧系统可以轻松升级——甚至跨供应商。

对于希望将其系统过渡到 IIoT 就绪状态的工业工程师，今天的 PC/104 外围模块提供了从智能数据采集到 Wi-Fi 连接到通过 GbE 的高分辨率成像等各种功能。下面是几个用例，展示了如何利用紧凑而坚固的 PC/104 外形来快速添加设计功能。

数据采集

PC/104 灵活的 I/O 架构可以与现代处理器相结合，用于高捕获率数据采集系统，高速相机和图像采集卡就是一个很好的例子。在这里，可以使用PCIe/104卡来促进多个相机连接，同时还可以控制高速总线。这种灵活性是可能的，因为高速处理和特定外围电路可以共存于同一 PC/104 板上。

Diamond Systems Corporation的E104-DAQ1616模块是一款集成了模拟 I/O 技术和 PCIe 接口的 PCIe/104 数据采集 I/O 卡。该模块支持所有数据采集功能，包括模数 （A/D）、数模 （D/A）、数字输入/输出 （DIO） 和计数器/定时器。该板还支持PCI-104连接器封装，作为与现有堆栈中的 PCI-104 卡进行通信的选项。

千兆以太网

除了先进的处理器，远程监控和交通监控等工业应用还需要高速视频包流。PCI/104-Express 和 PCIe/104 对 GbE、USB 和低功耗的支持可满足这些要求。

RTD Embedded Technologies的LAN25222HR 和 LAN35222HR双 GbE 模块分别通过 PCI/104-Express 和 PCIe/104 架构提供 GbE 通信。这些模块由英特尔® 82574IT GbE 控制器驱动，每个模块都提供两个 GbE 连接和每个通道上的 10/100/1000 Mbps RJ45 通信。

当部署在视频应用中时，RTD 板通过在 PC/104 外形尺寸中提供桌面级性能来执行数据卸载和帧抓取等任务。双 GbE 接口、大量其他 I/O 和板载可信平台模块 （TPM） 使其成为需要高水平数据完整性和安全性的互联工业设计的潜在核心。

同时，WinSystems 基于英特尔 Apollo Lake-I E3900 处理器的 PX1-C415 PCIe/104 SBC 通过 OneBank 扩展连接器提供双 GbE 和一系列附加 I/O。这些板还包括一个可信平台模块 （TPM），使其成为处理敏感数据的小尺寸、坚固耐用的工业物联网通信系统的无缝选择。

Wi-Fi 控制器

Wi-Fi 正日益成为工厂车间等工业环境中非实时应用的首选通信渠道。同样，PC/104 的可堆叠架构允许设计人员将 Wi-Fi 模块或子系统无缝集成到现有工业设计中。

例如，RTD Embedded Technologies 提供用于将 Wi-Fi 功能嵌入工业应用的 PCI/104-Express 和 PCIe/104 Mini-PCIe 卡载体模块，即WLAN25203ER 和 WLAN35203ER。这两种 Wi-Fi 解决方案都包含符合 802.11a/b/g/n 标准的 Atheros 无线 LAN （WLAN） 模块。

双槽 Mini-PCIe 卡托架支持 Type 1、Type 2 以及通用 PCI/104-Express 和 PCIe/104 扩展引脚选项。Type 1 具有带有 USB 2.0 的 PCIe x1 和 x16 链路，而 Type 2 支持带有 USB 3.0 和 SATA 的 PCI Express x1 和 x4 链路，适用于最新的外围设备。通用引脚支持 PCIe x1 和/或 USB 2.0。

PC/104 和 x86 合作伙伴关系继续

在全新的图形和显示世界与 IIoT 设计融合之际，具有强大 CPU 和视频处理能力的 x86 处理器正变得越来越突出。与上一代工业 CPU 相比，这些处理器提供更高的计算性能、更高分辨率的图形和更快的 I/O，同时功耗更低。

最初设计时考虑到支持 x86 处理器，PC/104 已经准备好执行这些工作负载。VersaLogic的 PC/ 104- Plus Liger 板就是一个很好的例子，它采用基于 Kaby Lake 微架构的第七代 Intel® Core 处理器。Liger 上的传统 I/O 和高级处理性能的组合提供了升级传统工业设计的能力，同时保持与已部署模块或定制外围设备的连接性。Liger 还将可信平台模块 （TPM） 安全芯片直接集成到印刷电路板 （PCB） 上，提供硬件级安全性并防止对敏感工业应用进行未经授权的访问。

围绕 x86 处理器和相关软件的现有设计基础架构通过支持新兴功能和保持与现有解决方案的兼容性来补充 PC/104 的多功能性。合并后的生态系统还提供了一个强大的平台，工业开发人员可以在此平台上定制他们的设计以满足特定要求。

PC/104：重新加载，不要重建

I/O 接口、有线和无线连接机制以及小尺寸扩展选项的密集组合继续在嵌入式系统中启用 PC/104 技术，从资源受限的控制系统到高性能 IIoT 解决方案。通过提供对高级处理器和高速接口的支持，同时仍然兑现可靠性和长生命周期操作的承诺，PC/104 开发人员可以在未来充分依靠他们的投资。

借助允许工业设计人员快速提供更高性能和新功能的架构，无需设计新模块、采购其他模块或从头开始重建整个系统。

审核编辑：郭婷