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用于嵌入式控制系统的单板计算机

作者:C.G. Masi, Control Engineering 资深编辑2008.10.19阅读 5834

  在控制中应用嵌入式系统的一大优势就是能够满足各种形状系数。

  ARM嵌入式处理器设计组的高级产品经理Haydn Povey指出:“随着控制算法呈现复杂化的趋势控制工程网版权所有,相关人员正在将注意力从PLC逐渐转移到高端微控制器上。”
  据Kontron的应用工程师David Pursley透露,一种希望摆脱传统控制技术的趋势也在工程界蔓延开来。他说:“最近两到三年中,工程经理们总是对我们提到,新近毕业的工程师对PC编程很熟悉,但对PLC编程却有些生疏。”
  但是,基于PC的控制系统同样存在问题。
  Povey说:“把传统PC用在控制方面会受到一系列问题的困扰。首先CONTROL ENGINEERING China版权所有,传统PC在设计中往往要考虑成本的节约,从而无法提供最佳性能。其次,PC上的操作系统由于要兼顾各方面的用途,因而具有极大的开放性。然而控制工程网版权所有,嵌入式平台却对专业性有一定程度的要求。”

  
单板计算机将构成计算电路所需要的全部基本组件(处理器、存储器、数据通信设备)集成到一块电路板上。

  本文为你提供了第三种选择——在嵌入式控制系统中采用单板计算机(SBC)作为控制器。美国Advantech的嵌入式系统平台产品经理Eric Lai将S

BC具有的优势列举如下:
  ■  更强大的处理能力。目前的SBC解决方案能够提供P4、双核甚至是四核的处理器;
  ■  扩展灵活。一款4U SBC系统能够提供多达20条的PCI插槽;
  ■  采购成本相对低廉。SBC是一种稳定的、经过现场验证的解决方案,拥有统一的平台以及一系列可供选择的标准操作系统。应用软件和硬件的选择余地也很大。
  Wikipedia(维基百科)对SBC作了如下定义:“单板计算机是一种构建在单块电路板上的完整计算机。设计的核心是包含RAM的单个或双个处理器、I/O(输入输出)接口以及其他一些需要用到的特殊部件www.cechina.cn,所有部件被排列在单块电路板上,构成一种专用的计算机。”可以拿SBC与你书桌上的PC作一番比较。举例来说,在PC中随机存储器(RAM)芯片是固化在辅助电路板上的,我们称之为“内存条”。这些内存条安装在主板(母板)的接口上,与之形成一定的角度。采用这种安装方式的板卡通常被称作“背板”。而另一些必要元件可能被安排在与母板平行排列的“子板”上。
  单板计算机将构成计算电路所需要的全部基本组件(处理器、存储器、数据通信设备)集成到一块电路板上。
  有些SBC嵌入式系统也用到“背板”和“子板”。但它们与PC的不同之处在于,这些辅助板卡的作用虽然对系统整体功能而言是不可或缺的,但是对组成一台专用计算机而言并不是必要的。
  这样的不同是否仅仅停留在理论上呢?其实控制工程网版权所有,自从你着手设计一款嵌入式系统开始,答案就是否定的。如果你选择了SBC作为控制器,那么你就可以把精力集中到控制系统架构方面,而不是专用计算机设计方面。
  Povey说:“相关人员可能是在对空间局限性、处理器性能、日后升级灵活性等问题作了综合考虑之后,才更倾向于采用基于SBC的系统解决方案。”
  SBC能够带给这一行业的正是这些特点。
  Kontron嵌入式模块分部的产品市场经理Christine Van De Graaf补充说:“SBC的使用期相对较长。你所预期的SBC工作周期为10年,至少也得是5年。然而控制工程网版权所有,一般商用PC技术的存活期最长的也不过3年时间。”
  我们可以通过两种方式构建一款基于SBC的控制器:自行创建(RYO)方式或是商品化的现货供应(COTS)方式。无论采用哪种方式,首先都要拟定一份技术要求列表。列表中要包含如下内容:
  ■  SBC安装位置的形状和尺寸;
  ■  重量限制;
  ■  能够提供给SBC的最大功率;
  ■  散热方面的限制(能否使用风扇?只能采用自然散热方式?还是只能通过外壳传导散热?);
  ■  处理速度上的要求;
  ■  实时或延时响应方面的要求;
  ■  数据存储方面的要求;
  ■  对数字和模拟I/O(输入输出)通道的要求;
  ■  网络连接上的要求;
  ■  软件方面的要求;
  ■  其他一些应用上的特殊要求。
  Purley说:“当你制定了要求列表后,你就可以把它分类到不同的形状系数,进而实施采购。”
  安装附加的“子母卡”或“子板”可以扩充SBC的资源。
  根据“不走回头路”的理论,RYO可能是最后的选择。如果你已经认定无法采用传统的PLC或PAC完成某项工作,那么基于PC的解决方案也就无法胜任了。下一步,你就要考虑COTS解决方案了。
  Via Technologies嵌入式部件的倡导者Joseph Chung说:“在某个解决方案中,如果只需要用到少量的模块,而且又不需要高速采集数据,那么我可能会采
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