盡管 IIoT 準(zhǔn)備通過應(yīng)用智能和連接來重塑工廠自動化、交通運(yùn)輸、能源和其他工業(yè)市場，但為這些領(lǐng)域提供動力的嵌入式系統(tǒng)仍然受制于壽命、可靠性和低功耗。然而，與此同時，更高精度傳感器的使用、對視頻和圖形功能的日益增長的需求以及對本地分析處理的需求正在推動對性能的指數(shù)級需求。

像往常一樣，嵌入式（現(xiàn)在是物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)計人員有責(zé)任平衡這些需求與尺寸、重量、功率和成本 （SWaP-C） 閾值。此外，關(guān)鍵行業(yè)通常需要無需大量重新設(shè)計即可集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中的解決方案。

這些要求的交匯點(diǎn)是經(jīng)過驗證、緊湊且易于擴(kuò)展的PC/104 標(biāo)準(zhǔn)。除了占用空間小和功耗低之外，組件供應(yīng)商和電路板設(shè)計人員之間的密切合作導(dǎo)致了一種可堆疊架構(gòu)，該架構(gòu)已應(yīng)對過去三個十年中的每一個設(shè)計挑戰(zhàn)。PC/104 現(xiàn)在配備了下一代 I/O 并支持現(xiàn)代處理器，已準(zhǔn)備好升級具有 IIoT 功能的工業(yè)系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)。

PC/104 從工業(yè)到 IIoT 的演變

為了與摩爾定律保持一致，即對更多計算能力的驅(qū)動以及對更快數(shù)據(jù)鏈路的需求，PC/104 系列規(guī)范自 1987 年推出以來一直采用新的 I/O 技術(shù)。如圖 2 所示，這Evolution 包括從原始 ISA 總線基礎(chǔ)添加 PCI 和 PCI Express （PCIe） 接口。

圖1.自 1987 年以來，PC/104 系列規(guī)范為更高性能的嵌入式系統(tǒng)提供了墊腳石。現(xiàn)在，它使這些系統(tǒng)能夠過渡到 IIoT

PC/104 技術(shù)的進(jìn)步也與工業(yè)系統(tǒng)中不斷提高的帶寬要求相吻合，工業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)在采用多核片上系統(tǒng) （SoC） 來支持額外的傳感器和連接，作為 IIoT 基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。對于希望擴(kuò)展現(xiàn)有設(shè)計以支持這些功能的設(shè)計人員，PC /104- Plus和PCI/104-Express提供了理想的橋接技術(shù)。

例如，PCI/104-Express 不僅支持 PCIe，還支持 USB、SATA 和千兆以太網(wǎng) （GbE） 等高速接口。這些接口與 PCI/104-Express 規(guī)范中更高級別的信號完整性一起，簡化了下一代 I/O 外設(shè)的集成，并且在向堆棧添加模塊時無需重新設(shè)計。

而且，借助可滿足幾乎任何所需功能的 PC/104 兼容外圍模塊，設(shè)計人員可以快速從工業(yè)轉(zhuǎn)向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

強(qiáng)大的外設(shè)將 PC/104 供電到 IIoT

通過在處理器基板頂部堆疊外圍模塊來添加功能的能力幫助 PC/104 多年來保持其受歡迎程度。除了為新技術(shù)提供平臺外，每塊板上的角安裝孔和堆疊式連接器（除了底座）意味著基于 PC/104 技術(shù)的舊系統(tǒng)可以輕松升級——甚至跨供應(yīng)商。

對于希望將其系統(tǒng)過渡到 IIoT 就緒狀態(tài)的工業(yè)工程師，今天的 PC/104 外圍模塊提供了從智能數(shù)據(jù)采集到 Wi-Fi 連接到通過 GbE 的高分辨率成像等各種功能。下面是幾個用例，展示了如何利用緊湊而堅固的 PC/104 外形來快速添加設(shè)計功能。

數(shù)據(jù)采集

PC/104 靈活的 I/O 架構(gòu)可以與現(xiàn)代處理器相結(jié)合，用于高捕獲率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高速相機(jī)和圖像采集卡就是一個很好的例子。在這里，可以使用PCIe/104卡來促進(jìn)多個相機(jī)連接，同時還可以控制高速總線。這種靈活性是可能的，因為高速處理和特定外圍電路可以共存于同一 PC/104 板上。

Diamond Systems Corporation的E104-DAQ1616模塊是一款集成了模擬 I/O 技術(shù)和 PCIe 接口的 PCIe/104 數(shù)據(jù)采集 I/O 卡。該模塊支持所有數(shù)據(jù)采集功能，包括模數(shù) （A/D）、數(shù)模 （D/A）、數(shù)字輸入/輸出 （DIO） 和計數(shù)器/定時器。該板還支持PCI-104連接器封裝，作為與現(xiàn)有堆棧中的 PCI-104 卡進(jìn)行通信的選項。

千兆以太網(wǎng)

除了先進(jìn)的處理器，遠(yuǎn)程監(jiān)控和交通監(jiān)控等工業(yè)應(yīng)用還需要高速視頻包流。PCI/104-Express 和 PCIe/104 對 GbE、USB 和低功耗的支持可滿足這些要求。

RTD Embedded Technologies的LAN25222HR 和 LAN35222HR雙 GbE 模塊分別通過 PCI/104-Express 和 PCIe/104 架構(gòu)提供 GbE 通信。這些模塊由英特爾? 82574IT GbE 控制器驅(qū)動，每個模塊都提供兩個 GbE 連接和每個通道上的 10/100/1000 Mbps RJ45 通信。

當(dāng)部署在視頻應(yīng)用中時，RTD 板通過在 PC/104 外形尺寸中提供桌面級性能來執(zhí)行數(shù)據(jù)卸載和幀抓取等任務(wù)。雙 GbE 接口、大量其他 I/O 和板載可信平臺模塊 （TPM） 使其成為需要高水平數(shù)據(jù)完整性和安全性的互聯(lián)工業(yè)設(shè)計的潛在核心。

同時，WinSystems 基于英特爾 Apollo Lake-I E3900 處理器的 PX1-C415 PCIe/104 SBC 通過 OneBank 擴(kuò)展連接器提供雙 GbE 和一系列附加 I/O。這些板還包括一個可信平臺模塊 （TPM），使其成為處理敏感數(shù)據(jù)的小尺寸、堅固耐用的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的無縫選擇。

Wi-Fi 控制器

Wi-Fi 正日益成為工廠車間等工業(yè)環(huán)境中非實時應(yīng)用的首選通信渠道。同樣，PC/104 的可堆疊架構(gòu)允許設(shè)計人員將 Wi-Fi 模塊或子系統(tǒng)無縫集成到現(xiàn)有工業(yè)設(shè)計中。

例如，RTD Embedded Technologies 提供用于將 Wi-Fi 功能嵌入工業(yè)應(yīng)用的 PCI/104-Express 和 PCIe/104 Mini-PCIe 卡載體模塊，即WLAN25203ER 和 WLAN35203ER。這兩種 Wi-Fi 解決方案都包含符合 802.11a/b/g/n 標(biāo)準(zhǔn)的 Atheros 無線 LAN （WLAN） 模塊。

雙槽 Mini-PCIe 卡托架支持 Type 1、Type 2 以及通用 PCI/104-Express 和 PCIe/104 擴(kuò)展引腳選項。Type 1 具有帶有 USB 2.0 的 PCIe x1 和 x16 鏈路，而 Type 2 支持帶有 USB 3.0 和 SATA 的 PCI Express x1 和 x4 鏈路，適用于最新的外圍設(shè)備。通用引腳支持 PCIe x1 和/或 USB 2.0。

PC/104 和 x86 合作伙伴關(guān)系繼續(xù)

在全新的圖形和顯示世界與 IIoT 設(shè)計融合之際，具有強(qiáng)大 CPU 和視頻處理能力的 x86 處理器正變得越來越突出。與上一代工業(yè) CPU 相比，這些處理器提供更高的計算性能、更高分辨率的圖形和更快的 I/O，同時功耗更低。

最初設(shè)計時考慮到支持 x86 處理器，PC/104 已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行這些工作負(fù)載。VersaLogic的 PC/ 104- Plus Liger 板就是一個很好的例子，它采用基于 Kaby Lake 微架構(gòu)的第七代 Intel? Core 處理器。Liger 上的傳統(tǒng) I/O 和高級處理性能的組合提供了升級傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計的能力，同時保持與已部署模塊或定制外圍設(shè)備的連接性。Liger 還將可信平臺模塊 （TPM） 安全芯片直接集成到印刷電路板 （PCB） 上，提供硬件級安全性并防止對敏感工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的訪問。

圍繞 x86 處理器和相關(guān)軟件的現(xiàn)有設(shè)計基礎(chǔ)架構(gòu)通過支持新興功能和保持與現(xiàn)有解決方案的兼容性來補(bǔ)充 PC/104 的多功能性。合并后的生態(tài)系統(tǒng)還提供了一個強(qiáng)大的平臺，工業(yè)開發(fā)人員可以在此平臺上定制他們的設(shè)計以滿足特定要求。

PC/104：重新加載，不要重建

I/O 接口、有線和無線連接機(jī)制以及小尺寸擴(kuò)展選項的密集組合繼續(xù)在嵌入式系統(tǒng)中啟用 PC/104 技術(shù)，從資源受限的控制系統(tǒng)到高性能 IIoT 解決方案。通過提供對高級處理器和高速接口的支持，同時仍然兌現(xiàn)可靠性和長生命周期操作的承諾，PC/104 開發(fā)人員可以在未來充分依靠他們的投資。

借助允許工業(yè)設(shè)計人員快速提供更高性能和新功能的架構(gòu)，無需設(shè)計新模塊、采購其他模塊或從頭開始重建整個系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷