面向不断增长的工业箱式PC市场的开放、灵活的标准

工业箱式PC是世界上最常见的电子系统之一。在几乎所有利用电子产品的恶劣环境或重工业用例中，您都可能在附近找到一台工业箱式 PC。随着DIN导轨安装盒式IPC正在成为希望将企业网络扩展到互联工厂和制造环境的公司的首选解决方案，它们的受欢迎程度正在增长。

工业箱式 PC 或箱式 IPC 是一种紧凑的无风扇工业计算机，通常结构紧凑，专为目标应用的特定要求而设计。其性能、I/O、热管理、外壳甚至外形尺寸都可以在最终产品以中小批量生产之前进行定制。部署它们的一种方法是在DIN导轨上，它允许将一个或多个箱式IPC安装在机架/机柜或墙壁上，可能靠近它们管理的数据采集或控制系统。

将它们标志性的多功能性放在一边，令人惊讶的是，鉴于对该技术的绝对需求，没有针对盒式 IPC 的行业标准。这样做将降低设备制造商和最终用户的成本。而且，如果架构正确，标准可以满足多个细分市场的需求，同时允许根据特定用例修改硬件。

认识到这一市场需求，PCI工业计算机制造商集团（PICMG）的15家成员公司最近开始进行标准化工作，以创建一个开放的工业盒式PC规范，以检查上述所有框。

这项工作的目标是ModBlox7™开放式模块化工业箱式PC行业标准。

ModBlox7 规范计划于 2023 年第一季度批准，其名称来源于混合搭配每个 7HP 宽的固定高度、固定深度“块”的能力。ModBlox7 定义了三种类型的单元——CPU 单元、电源单元和 I/O 单元——它们通过标准内部 PCIe Gen 2、3、4 或 USB 接口连接在最多 12 个总块的链中，形成开放的高性能工业箱式 PC。

规范草案要求每个单独的单元包含一个前板和用于内部传导冷却的空间，以及电源和数据连接器。目前，这些代表如下：

8针2.00毫米Samtec UMP（C）X（或兼容）坚固耐用的电源连接器

ept GmbH Zero8 405/6-51080-51（或兼容）弯角板对板连接器，能够以高达 16 Gbps 的数据速率传输 USB 和 PCIe 信号

在每个 ModBlox7 模块上安装这些坚固的 COTS 连接器，无需使用传统背板，但允许 CPU 和电源单元连接到多达 4 个基于 PCIe 的 I/O 模块或多达 8 个 USB I/O 模块。对于安全或可靠性用例，还支持冗余配置。

图3.ModBlox7 工业箱式 PC 系统包括通过 COTS 电源和板对板 PCB 连接器连接的 CPU、PSU 和 I/O 单元，用于传输 PCIe 或 USB 数据信号。还支持冗余体系结构。

除了规范中描述的内容外，ModBlox I/O 单元还可以根据运输、自动化、军事、医疗和其他垂直市场的特定应用连接要求进行定制。例如，模拟、数字或串行 I/O;LTE 或 Wi-Fi 接口;用于连接到火车骨干的 MVBus;更多都可以通过 I/O 单元前板带出。

由于提议的标准是开放和模块化的，因此以后只需插入即可添加、删除或替换此特定于应用程序的功能。

通过开放方法标准化定制工业箱式电脑

PICMG成员希望通过ModBlox7技术支持广泛的用例，这使得开放性成为规范可行性的关键。从 CPU 的角度来看，这是通过处理器不可知论实现的，该不可知论仅受主机 CPU 的功率和散热配置文件及其对 PCIe 和 USB 接口的支持的限制。

这种低门槛意味着可以采用数千个Arm，x86和其他嵌入式处理器和微控制器，以帮助OEM将ModBlox7系统推向更高的性能或更低的成本。由于 PCIe 和 USB 接口是绝大多数嵌入式处理器的标准配置，因此在大多数情况下不需要专门的驱动程序或软件支持。

虽然处理器的选择将决定 CPU 单元的功耗，但为 I/O 模块定义的最大功率为 75W。为了确保系统产生的热量得到充分消散，ModBlox7规范计划在每个模块内以可选散热器的形式为被动热管理技术分配空间。虽然该规范目前不会定义明确的热管理技术，但配置一种技术可确保兼容 ModBlox7 的模块和箱式 PC 之间的机电兼容性。

图5.ModBlox7规范定义了可选散热器的空间。

同样，还概述了一个机箱，以帮助保持 CPU、PSU 和 I/O 单元之间的机械一致性。但是，外壳的主要重点是为内部 ModBlox7 块组件保留空间，并保证连接器的牢固物理配接。目前，该规范要求外壳是两个侧壁，一个不识别外部连接器的前面板，以及类似挤压U型外壳的东西。

图6.ModBlox7规范定义了一个非常开放的机械外壳，简化了采购，同时为定制留出了空间。

事实上，规范草案也没有为可能的 ModBlox7 安装选项定义适配器，只是可以安装它。这意味着未来的 ModBlox7 用户将能够从目录供应商处订购可插入 3U 机架安装系统的标准外壳，或者采购自己的定制外壳，这些外壳可以轻松符合标准。

在配置和安装选项方面，ModBlox7系统现在所需要的只是CPU和电源单元（可以并置在同一块中），因为CPU块本质上将包含一些I / O自己的I / O。如前所述，这些可以与各种I / O模块配置结合使用，以扩展ModBlox7工业箱式PC，以包括多达12个菊花链模块，运行时间长达84HP。

部署后，ModBlox7 模块将能够根据操作环境安装在墙壁、19 英寸机架或 DIN 导轨上。由于前面描述的整体外壳，更改安装配置不会影响盒子设计本身，而只会影响安装机制。

图7.ModBlox7 工业箱式 PC 可以安装在墙壁、DIN 导轨或 19 英寸机架或机柜中。

通过标准扩展工业计算

由于工业 PC 市场的价值已经超过 45 亿美元，因此对可扩展性的需求是显而易见的。然而，迄今为止，工业箱式PC的成功取决于制造商根据客户的确切需求定制解决方案的能力 - 这一事实在任何标准化工作中都不能丢失。

ModBlox7将通过强调规范中的简单性，互操作性和可扩展性，允许利益相关者按照他们认为合适的方式使用或保留功能，为这一挑战带来定义和开放性的优雅融合。其模块化架构将允许系统集成商通过选择CPU、扩展或限制I/O单元的数量、修改机箱等来优化和区分工业箱式PC解决方案。

换句话说，有史以来第一个工业箱式PC标准项目满足了与之前的硬件标准相同的需求：将设计中的非增值组件商品化，为供应商创造机会，在这些商品框架之上丰富系统，并降低成本并增加最终用户的选择。

通过这样做，PICMG ModBlox7有望加速运输，工业自动化，军事，医疗和其他市场，这些市场将从工业箱式PC可能是唯一选择的地方的通信，控制和智能中受益。

审核编辑：郭婷