服務(wù)器背板總線(xiàn)技術(shù)系列之二
Compact PCI背板總線(xiàn)

國家高性能計算機工程技術(shù)研究中心 張瑾 等 2002/06/27

Compact PCI的提出

VME標準是面向工業(yè)應用開(kāi)發(fā)的，它的可靠性極高，散熱性能好，易于安裝和移動(dòng)。不過(guò)，由于它采用專(zhuān)用的工業(yè)設計方法，成本昂貴，應用范圍有限。而且，VME環(huán)境的軟件移植必須定制，這又增加了驗證和支持的工作量。

20世紀90年代，PCI總線(xiàn)作為臺式機系統的業(yè)界標準被千百萬(wàn)臺計算機采用，但是它無(wú)法提供高度的可靠性，也不能滿(mǎn)足高可用性系統對正常運行時(shí)間的要求。而且，其主板很難散熱，主板邊緣接頭可靠性低，在更換主板時(shí)極易受到損傷。

為了避開(kāi)上述兩個(gè)標準的局限性，包括Sun在內的400多家計算機供應商和制造商合作開(kāi)發(fā)了Compact PCI標準，將VME的高性能、擴展性和可靠性與PCI標準的經(jīng)濟有效和靈活性有機地結合起來(lái)，這使得Compact PCI技術(shù)的發(fā)展極為迅速。

Compact PCI特別汲取了VME的精髓(密集堅固的封裝，大型設備的極佳冷卻效果)，并與PC的優(yōu)勢(廉價(jià)、易于采用最新互連和處理能力的快速芯片)巧妙地結合在一起。目前Compact PCI已經(jīng)取代VME以及STD工業(yè)標準，成為工業(yè)界領(lǐng)域的新一代標準，更為重要的是，它還成為服務(wù)器背板市場(chǎng)中的主力軍。Compact PCI產(chǎn)品也受到了工業(yè)界、計算機界和電信界的歡迎，上市產(chǎn)品的數量增長(cháng)迅速，1998年銷(xiāo)售額為3億美元，1999年則達8億美元。

Compact PCI的結構

Compact PCI板遵從Eurocard工業(yè)標準，定義了3U（100mm×160mm）和6U（233.35mm×160mm）兩種板尺寸，其具體形狀如圖1所示。3U高度是滿(mǎn)足64位Compact PCI總線(xiàn)要求的最小尺寸；6U的尺寸是為了滿(mǎn)足信號線(xiàn)外擴的需要以及板上器件空間外擴的需要。Compact PCI背板連接器共有5個(gè)插座，J1～J5。規范只定義了J1和J2的信號線(xiàn)管腳，3U的Compact PCI板包括了J1和J2的插座，J3～J5插座包含在6U的Compact PCI板上，J3～J5的信號定義保留。

Compact PCI系統由一個(gè)或一個(gè)以上的Compact PCI段組成，每一個(gè)段包括1塊系統板（System Slot）和7塊外圍板（Peripheral Slot），板與板中心的間距為20.32mm。系統板為所有在段內的板提供仲裁、時(shí)鐘分配和復位功能。系統板負責執行系統的初始化，管理每一個(gè)本地板的IDSEL信號。在物理上，系統板可以插在背板上的任何位置。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，規范規定最左邊的槽位為系統板的插槽（從背板前面看），具體的位置如圖2所示。

Compact PCI的特點(diǎn)

Compact PCI的意思是“緊湊型PCI”，是以PCI電氣規范為標準的高性能工業(yè)用總線(xiàn)。Compact PCI的CPU及外設同標準PCI是相同的，并且Compact PCI系統使用與傳統PCI系統相同的芯片、防火墻和相關(guān)軟件。從根本上說(shuō)，它們是一致的，因此操作系統、驅動(dòng)和應用程序都感覺(jué)不到兩者的區別，將一個(gè)標準PCI插卡轉化成Compact PCI插卡幾乎不需重新設計，只要物理上重新分配一下就行了。

Compact PCI雖然與標準PCI屬同一標準，二者還是有很大的不同。Compact PCI相對具有很多優(yōu)點(diǎn)：

第一，Compact PCI總線(xiàn)具有更好的機械特性。這一點(diǎn)很關(guān)鍵，它增強了PCI系統在電信或其他條件惡劣的工業(yè)環(huán)境中的可維護性和可靠性。Compact PCI板遵從Eurocard封裝標準，從而為PCI環(huán)境增加了工業(yè)級別的可靠性與可維護性。Eurocard特性包括大量可選的板卡特性（可有4096個(gè)組合），如前端面板封擋、減少電磁干擾的EMC保護特性等。Compact PCI電路板采用IEC規格的2mm插針插接連接器，其插槽電路板可從機箱前面插入，I/O板可從機箱前面插入也可以從背面插入。Compact PCI的連接器本身是高低不同的針和槽式連接器。與標準PCI插卡上的那種邊緣連接器相比，這些針槽連接器可提供更快的傳播速度，減少總線(xiàn)／連接器接口上的反射，降低噪音，可更好地匹配阻抗，并且提高了機械可靠性。這些針槽連接器、封擋機制等綜合在一起，為每一塊板與系統間的連接提供更好的支持和耐久性，維護、修理和升級等也都得到明顯的簡(jiǎn)化。

第二，采用Eurocard封裝的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是系統中均勻的氣流。主動(dòng)式母板系統中不穩定的元件會(huì )引起不均勻冷卻，由此造成的熱堆積是系統癱瘓的一個(gè)主要原因。而工業(yè)PC所使用的傳統桌面機箱，不僅沒(méi)有緩和不均勻冷卻問(wèn)題，反而使問(wèn)題更加惡化。它將所有的I／O電纜都安裝在機箱后端，使得該方向上的空氣很不容易流通。Compact PCI系統避免了這些氣流通路上的阻礙，因此每一塊板表面都能得到均勻的氣流。通常需要在架底安裝兩個(gè)或兩個(gè)以上的風(fēng)扇，以保證氣流能向上流經(jīng)所有的板。Compact PCI板是垂直插入板柜的，無(wú)論是自然通風(fēng)冷卻還是強制通風(fēng)冷卻都容易實(shí)現。

第三，Compact PCI連接器的電源和信號引線(xiàn)支持熱插拔規范，這對于容錯系統是非常重要的，這也是標準PCI所不能實(shí)現的功能。

第四，Compact PCI總線(xiàn)易于擴展，可同時(shí)支持多達256個(gè)的標準PCI總線(xiàn)設備。它可在每個(gè)子系統中支持8個(gè)插槽，加上橋接芯片后，Compact PCI可輕易擴展支持到32個(gè)插槽。

歷史的選擇 盡管Compact PCI總線(xiàn)比PCI總線(xiàn)有這樣或那樣的優(yōu)點(diǎn)，但是它畢竟是PCI總線(xiàn)的派生產(chǎn)品，可以說(shuō)它們是同宗同源，只不過(guò)應用場(chǎng)合不同罷了。隨著(zhù)PCI總線(xiàn)的日益衰敗，Compact PCI也難逃被淘汰的命運。新的技術(shù)呼之欲出，并且功能更加強大。不過(guò)，Compact PCI堅固的接口結構、支持熱插拔的功能和易于擴展的特性等優(yōu)點(diǎn)是會(huì )被新技術(shù)繼承下來(lái)的，絕不會(huì )隨著(zhù)PCI總線(xiàn)的淘汰而被湮滅。

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