新一代工業(yè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)規(guī)范PICMG 1.3

PICMG 1.2發(fā)布不到二年，PICMG(PIC工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì))己開始制定更新的規(guī)范─PICMG 1.3，目的是要把一些新的I/O接口規(guī)范，如PCI Express、USB 2.0、Serial ATA、Gigabit以太網(wǎng)引入工業(yè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)以提升系統(tǒng)頻寬。除了提升平臺(tái)的運(yùn)算速度與頻寬，在系統(tǒng)管理與維護(hù)的便利性上，也做了一些改進(jìn)，如增加IPMB與熱插拔的支持、減少排線的使用等。本文將介紹PICMG 1.3的主要規(guī)范。

PICMG 1.3
    PICMG 1.3總線接口是由兩個(gè)x16與兩個(gè)x8的PCI Express連接器所構(gòu)成，符合PICMG 1.3的CPU板卡(系統(tǒng)主板，SHB)或背板可支持的總線種類(如表1所列)。
表中可以看出PICMG 1.3主要提供PCI Express的支持，對(duì)PCI或PCI-X也同樣支持，但這是次要的，而且SHB只支持32-bit寬度的PCI，只有背板才有可能支持到64-bit PCI。SHB又分長(zhǎng)卡與短卡兩種，短卡僅支持連接器A、B，長(zhǎng)卡最多可支持到連接器D。

提升I/O頻寬
    從PICMG 1.0發(fā)布至今，總線從ISA演進(jìn)到PCI、PCI-X，一直到現(xiàn)在的PCI Express，每一次更新的目的都是為了提升系統(tǒng)I/O的頻寬，表2是上述各種總線頻寬的比較。
表3是PICMG 1.0到PICMG 1.3所支持的總線種類與頻寬。表中可以看出每次的規(guī)格更新，頻寬均提升了一倍以上。

更多的電源供應(yīng)
    為了支持新一代的CPU與內(nèi)存，在電源供應(yīng)上，PICMG 1.3增加了更多的電源引腳，表4是PICMG 1.0到PICMG 1.3的電源供應(yīng)比較表。
表4顯示，PICMG 1.3大幅度增加+12V電源的供應(yīng)，也減少+5V的供應(yīng)。因?yàn)樵赑entium-III時(shí)代，CPU的耗電量通常不超過30W，CPU電源大多由+5V轉(zhuǎn)換而得，但是新一代的Pentium 4 CPU的耗電量高達(dá)100W以上，若從+5V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率變差，而高達(dá)20A以上的電流，使電源轉(zhuǎn)換電路容易產(chǎn)生高熱而減少壽命?，F(xiàn)今大多的設(shè)計(jì)都己改用+12V轉(zhuǎn)換，這就是PICMG 1.3增加+12V電源供應(yīng)的主因。

結(jié)構(gòu)考慮
    如同PICMG 1.2，PICMG 1.3的制定原則也希望延用原有的外圍設(shè)備，如機(jī)箱、電源系統(tǒng)，以降低系統(tǒng)開發(fā)成本。在結(jié)構(gòu)上，SHB的零件面與PCI卡或PCI Express卡相反，這一點(diǎn)與PICMG 1.2不同。這樣的轉(zhuǎn)變主要源于兩個(gè)考慮，一是為了使CPU、北橋、與內(nèi)存接口之間的高速信號(hào)線在PCB布線時(shí)更為順暢。如圖1所示，如果零件面與PCI Express卡相同，則CPU與內(nèi)存接口之間的信號(hào)線將互相纏繞而不利走線；二是機(jī)箱的設(shè)計(jì)不用更改。如圖2所示，CPU板卡的零件面與PCI Express卡相反時(shí)，板卡的邊緣剛好對(duì)準(zhǔn)溝槽的導(dǎo)軌。

PCI Express的介入損耗問題
    PCI Express的差動(dòng)信號(hào)，其最高傳輸率達(dá)2.5Gbps，信號(hào)從SHB經(jīng)過連接器到達(dá)背板的途中，會(huì)經(jīng)過PCI Express連接器，造成阻抗不連續(xù)，使信號(hào)產(chǎn)生反射或衰減。為確保信號(hào)質(zhì)量符合PCI Express規(guī)范的要求，對(duì)于信號(hào)的介入損耗有嚴(yán)格規(guī)定，SHB或是背板的設(shè)計(jì)均必須符合要求，以確保信號(hào)的眼圖符合規(guī)范。
圖3是信號(hào)的連接方式示意圖，可看出SHB在分析介入損耗時(shí)是把PCI Express連接器視為阻抗的一個(gè)不連續(xù)點(diǎn)。表5則是信號(hào)對(duì)介入損耗的要求。

其它新增功能
    除了PCI Express與PCI，PICMG 1.3還加入了4對(duì)USB 2.0口、4對(duì)Serial ATA口、與1個(gè)GbE口的支持。這些信號(hào)都被引到PICMG 1.3的接口規(guī)格中，讓這些高速的差動(dòng)信號(hào)經(jīng)由印制電路板到達(dá)背板，信號(hào)質(zhì)量會(huì)更穩(wěn)定，亦可減少電纜的使用，進(jìn)而提升系統(tǒng)維護(hù)的便利性。
    為了更方便管理系統(tǒng)，PICMG 1.3加入了IPMB的支持，管理人員能夠用IPMB來監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的各種組件的健康狀態(tài)，如CPU或系統(tǒng)溫度、電壓、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等，并且能夠從遠(yuǎn)程控制SHB，或是重置系統(tǒng)等管理工作。
    PICMG 1.3的PCI Express接口支持熱插拔功能，系統(tǒng)可以在不斷電的情況下更換PCI Express卡，提高系統(tǒng)的可用性。
    背板上的SHB插槽設(shè)有鑰匙可用來防止SHB誤插到I/O電壓位置不兼容的背板上，所以PICMG 1.3定義VIO信號(hào)，讓SHB可以判斷背板所支持的I/O電壓位置。
    PICMG 1.3將+3.3Vaux、PSON#、PWRBT#、PWRGD等信號(hào)引入硬件接口以支持ATX電源系統(tǒng)的電源管理功能，但需留意的是這些支持都只是選項(xiàng)。若系統(tǒng)不支持ATX電源系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)商也必須確保SHB與背板在搭配舊有的電源系統(tǒng)時(shí)仍能正常工作。PICMG 1.3還預(yù)留了SM總線以滿足未來在系統(tǒng)管理上的需求。

    背板設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)
    背板有高速的PCI Express信號(hào)經(jīng)過，為確保信號(hào)質(zhì)量，印制電路板的阻抗要求極為嚴(yán)格，一般信號(hào)線的特性阻抗為57W±10%，差動(dòng)信號(hào)的阻抗則為100W±10%。
如果要支持64-bit PCI總線，背板必須為AD[32..63]、C/BE#[4..7]、REQ64#、ACK64#、PAR64做上拉的動(dòng)作。
    PCI總線的工作頻率最高可達(dá)133MHz，為克服同步問題，必須妥善處理回授時(shí)鐘?；厥跁r(shí)鐘的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與PICMG 1.2相同，不在此贅述。

    結(jié)語
    自從PICMG在1994年針對(duì)工業(yè)界制定第一個(gè)開放式架構(gòu)以來，工業(yè)計(jì)算機(jī)的規(guī)范給人的感覺總是落后于主流信息產(chǎn)品規(guī)范。但是從2000年以后，這個(gè)情形有了轉(zhuǎn)變。PCI-X出現(xiàn)兩年后，PICMG 1.2規(guī)范就將其應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，PICMG 1.3也緊跟在PCI Express的腳步之后推出。
    PCI Express的相關(guān)應(yīng)用預(yù)計(jì)在2005年會(huì)大量出現(xiàn)在市場(chǎng)上，PICMG 1.3是一個(gè)必要的技術(shù)更新，PICMG協(xié)會(huì)將在2004年底正式頒布第一版PICMG 1.3規(guī)范，目的就是要在2005年趕上PCI Express熱潮，這樣系統(tǒng)開發(fā)商就可以把主流桌上型計(jì)算機(jī)與服務(wù)器的各種適配卡直接應(yīng)用到工業(yè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，讓系統(tǒng)擴(kuò)充更具彈性，亦可節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)成本。
圖2  SHB的零件面會(huì)影響與機(jī)箱的搭配圖1  SHB的零件面對(duì)信號(hào)布線的影響
圖3  PCI Express在SHB與背板之間的連接方式