應用在電子設備中的幾種工業現場總線

中國船舶重工集團第七一五研究所 秦 利

1.引言

現場總線是指應用在生產現場與微機化測量控制設備之間實現雙向多節點通信的系統，是一種開放式、全數字化、多點通信的底層控制網絡。在電子設備的產品應用中，工業現場總線在應用中起著重要的作用，它代表了設備信號的傳輸能力。如：MULTIBUS、VME，STD、PC-104、CPCI等，在過去的工業產品結構中，主要采用了MULTIBUS總線，隨著工業技術的進步，現在發展了VME總線及CPCI總線。本文著重介紹一下MULTIBUS、VME及CPCI三種總線的應用。

2.MULTIBUS總線

2.1 功能與特點如圖1所示，MULTIBUS總線是一種異步的多重處理系統總線，在單板計算機、存儲器和擴展的I/O板之間傳輸8位或16位數據，支持主設備、從設備和智能從設備。

表1 幾種總線帶寬

圖1 MULTIBUS功能架構

圖2

圖3

圖4

最初的早期，計算機尋址能力及傳輸能力有限，MULTIBUS總線很好的滿足了單板計算機之間的數據交換，并且其可靠的傳輸系統及多主機之間的工作匹配，在軍品的工業系列中得到的了廣泛的應用，由于其總線信號設計簡單，易于擴展，在老一代的電子產品中起著重要的作用。

2.2 總線應用

如圖2所示，286主板為8M的主頻，加載DSP芯片，在不同的機箱插槽實現數據傳輸，信息解算等，由286主板將數據結果傳輸到下一環節，同一類型的DSP芯片在不同的機箱中可以互相替換，信號傳輸的能力受總線速度的限制。

新一代的應用中，數據傳輸采取網絡交換，數據量大大增加，MULTIBUS總線成為發展的瓶頸。隨著工業技術的進步，計算機技術得到了迅猛的發展，數據交換的速度要求總線的能力越來越高，相匹配于速度的要求出現了VME及后來發展的CPCI總線。

3.VME總線

3.1 功能與特點

VME總線是一種通用的計算機總線，它定義了一個在緊密耦合(closely coupled)硬件構架中可進行互連數據處理、數據存儲和連接外圍控制器件的系統。

VME系統的總線分為四大類：數據傳輸總線、數據傳輸仲裁總線、優先中斷總線和通用總線。在VME總線中，各模塊是以平行結構分布的，所有的數據和指令通過系統底層的4類總線進行傳輸，信號的模式是TTL電平信號。

VME的數據傳輸機制是異步的，有多個總線周期，地址寬度是16、24、32、40或64位，數據線路的寬度是8、16、24、32、64位，系統可以動態的選擇它們。VME家族的幾種總線帶寬如表1。

隨著支持VME總線的硬件板的普及應用，VME總線在電子設備中得到了廣泛的應用，目前的幾種信號處理機都采用了VME64總線規格，實現了設備的升級換代。

3.2 總線的應用

如圖3所示，VR7主板帶有更快的主頻，并帶有網絡交換口，及PC及相應的標準配置，可以更好的查看主板運行情況，由VR7加載DSP芯片，由于總線帶寬的提高，芯片處理數據，實現算法的能力不再受總線的限制，可以大大提高信號機的處理能力，由于總線的機械結構更為合理，能很好的滿足散熱要求，提高設備的穩定性。

4.CPCI總線

4.1 功能與特點

CPCI又稱緊湊型PCI，是1994提出來的一種總線接口標準。以PCI電氣規范為標準的高性能工業用總線。

CPCI在功能架構上和PC機一樣。固CPCI的出現讓諸如CPU、硬盤等許多原先基于PC的技術和成熟產品能夠延續應用，解決了多年來電信系統工程師與設備制造商面臨的棘手問題，比如傳統電信設備總線VME與工業標準PCI總線不兼容問題。

CPCI具有可熱插拔（Hot Swap）、高開放性、高可靠性的優點。它與傳統的桌面PCI系統完全兼容，在64位/66M總線接口下能提供每秒高達512MB的帶寬。

4.2 總線應用

如圖4所示，PM主板為1.1G的主CPU，帶有與對外通信的雙網卡，配合CPCI總線的帶寬，處理能力及速度遠遠超過過去的MULTIBUS總線的應用，其中雙圖形板相當與PC機的顯卡接口，帶有一定的顯存，處理數據都為PM主板上。

表2 VME和CPCI總線的簡單比較

5.VME和CPCI總線的分析和對比

MULTIBUS總線由于受帶寬及結構上的限制，已經逐漸不被采用，而廣泛的采用了VME和CPCI總線，這里對VME和CPCI總線進行一下簡單比較，見表2。

6.發展前景的展望

VME總線工控機誕生于1981年，20年來，在高性能的實時應用領域一直處于主導地位，目前在各個領域廣泛的應用。開始于1995年11月的CPCI總線工控機，源于現在和將來十幾年內流行于桌面機的Wintel架構和PCI總線標準，是未來工控機發展的主流總線，代表了先進技術。

7.結論

在這個海量數據的時代，帶寬是一個壓倒性的指標。從上面對三種總線的比較中可以看出，MULTIBUS總線在各個性能指標上明顯差于VME和CPCI總線，該總線也在被逐漸的替代，相對VME和CPCI總線來說，VME技術目前的優勢在于多年的技術積累，其完備的規范和得力的技術支持能滿足大部分客戶的具體要求，CPCI在性能指標和兼容性等各方面優點被廣大應用者所追捧。

[1]劉星.計算機接口技術[M].機械工業出版社,2003.

[2]CompactPC總線工控機技術的現狀與應用[J].2007.

[3]VME64 and CompactPCI CMP Media Inc.1998.