COM EXPRESS 在軍事應(yīng)用中勝過 PC/104

摘要：隨著軍事斗爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)采用更強(qiáng)大的技術(shù)以支持寬帶通訊、高級(jí)數(shù)據(jù)處理和改進(jìn)圖形質(zhì)量的系統(tǒng)的需要越來越強(qiáng)烈。這些需求對(duì)空間受限的設(shè)計(jì)尤其是一個(gè)挑戰(zhàn)，例如戰(zhàn)場(chǎng)設(shè)備和無人駕駛車輛，本白皮書討論面臨這些挑戰(zhàn)時(shí) PC/104 和 COM EXPRESS 之間的權(quán)衡。

目錄

　　介紹

　　小體積，大挑戰(zhàn)

　　新技術(shù)，低成本

　　比較 PC/104-EXPRESS 和 COM EXPRESS

　　RADISYS COM EXPRESS 解決方案

　　集成圖形處理器

　　滿足高級(jí)軍事需要

　　參考

　　關(guān)于作者

　　介紹

　　隨著軍事斗爭(zhēng)過轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)采用更強(qiáng)大的技術(shù)以支持寬帶通訊、高級(jí)數(shù)據(jù)處理和改進(jìn)圖形質(zhì)量的系統(tǒng)的需要越來越強(qiáng)烈。最新的軍事網(wǎng)絡(luò)看起來像一個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)，其中非常智能化的現(xiàn)場(chǎng)終端（例如無人操縱機(jī)器人和導(dǎo)航系統(tǒng)）與地面工作站及指揮中心共享實(shí)時(shí)信息。對(duì)面臨苛刻空間和功率限制的小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，這種演進(jìn)尤其是一種挑戰(zhàn)。

　　對(duì)提高若干方面（計(jì)算、I/O 和圖形）的性能的需要使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員用基于 PC/104-的電路板滿足這些需求變得更加困難。例如，PC/104-Express 標(biāo)準(zhǔn)，專為用于向高速 I/O 提供 PCI Express®支持而開發(fā)，使用一個(gè)額外的連接器，該連接器占用寶貴的電路板空間并使用一種復(fù)雜的堆疊。因此，可用于部署更高性能的應(yīng)用所需的最新處理器及數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 的電路板空間變少了。

　　COM Express 是一種計(jì)算機(jī)模塊 (COM) 標(biāo)準(zhǔn)，擁有類似的小體積優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過提供比 PC/104 更大的電路板空間效率和更多的 I/O 靈活性克服了這些限制。本白皮書討論 PC/104 和 COM Express 之間為空間受限的設(shè)計(jì)（例如戰(zhàn)場(chǎng)設(shè)備、無人駕駛車輛和其他機(jī)動(dòng)軍用資產(chǎn)）進(jìn)行的某些權(quán)衡。

　　小體積，大挑戰(zhàn)

　　為了支持一支靈活的軍隊(duì)，設(shè)備制造商不斷地將越來越強(qiáng)大的計(jì)算能力裝入噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)、大卡車、拆彈機(jī)器人及指揮、控制與通信 (C3) 智能系統(tǒng)等使用的移動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)。小體積并不意味著低性能，實(shí)際上卻相反，作為最新的處理器，I/O 連接和圖形技術(shù)必須被擠壓到一個(gè)極小的設(shè)備中。

　　移動(dòng)系統(tǒng)是如何演進(jìn)的？強(qiáng)大的多核 CPU 正在處理寬帶雷達(dá)數(shù)據(jù)流；高速 PCI Express 鏈接正在傳輸高清視頻圖像；一流的圖形處理器正在通過 VGA、LVDS 和其他視頻接口在車載地圖上顯示詳細(xì)信息。當(dāng)前，基于標(biāo)準(zhǔn)的商用現(xiàn)貨 (COTS) 解決方案的主要選擇為 PC/104-Express 和 COM Express，如圖 1 所示。

　　圖1：商用現(xiàn)貨供應(yīng)商服務(wù)的軍事航空市場(chǎng)

　　新技術(shù)，低成本

　　PC/104 協(xié)會(huì)1由十二家公司于 1992 年 2 月成立，這些公司對(duì)面向嵌入式應(yīng)用來改造臺(tái)式計(jì)算機(jī)技術(shù)有著共同的遠(yuǎn)見。不久之后，一個(gè)技術(shù)規(guī)格出臺(tái)，以一個(gè)特別適合小而硬的設(shè)備的尺寸提供 IBM 兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)的功能和靈活性。PC/104 規(guī)格采用了隨著時(shí)間推移而出現(xiàn)的新技術(shù)，包括1997 年出現(xiàn)的 ISA 總線、2003 年出現(xiàn)的 PCI 總線和2008 年出現(xiàn)的 PCI Express 總線。

　　基于 PC/104 的產(chǎn)品在推動(dòng)軍事應(yīng)用更好地認(rèn)可現(xiàn)貨解決方案中已發(fā)揮了作用，因?yàn)樗鼈兊哪K性顯著節(jié)約了研發(fā)成本和時(shí)間，同時(shí)為設(shè)備制造商和客戶減少了風(fēng)險(xiǎn)。但是，PC/104 產(chǎn)品的成本優(yōu)勢(shì)正開始逐漸消失，因?yàn)榭啥询B架構(gòu)和關(guān)聯(lián)的連接器增加了成本并減少了電路板的空間效率。此外，出于堆疊目的，很多 PC/104 連接器是雙面的，這使它們的成本比 COM Express 所用的單面連接器的成本更高。從電路板空間的角度來看，雙面連接器比背面也可放置元器件的單面連接器貴兩倍。

　　PC/104 是一種多堆疊架構(gòu)，而 COM Express 只有兩層，包含一個(gè)計(jì)算機(jī)模塊和一個(gè)載板，可依據(jù)具體的應(yīng)用要求定制。載板可安裝 PC/104 堆疊的所有 I/O，因此減少了成本并允許制造商容納更多的外圍設(shè)備 I/O。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員擁有更多的靈活性，因?yàn)檩d板尺寸不是固定的，因此可以依據(jù)需要進(jìn)行放大以支持最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)。此外，除了一份 VDC Research 調(diào)查在表 1 列出的其他優(yōu)點(diǎn)以外，COM Express 還提供與 PC/104 相同的基于標(biāo)準(zhǔn)的商用現(xiàn)貨優(yōu)勢(shì)。

　　比較 PC/104-EXPRESS 和 COM EXPRESS

　　PC/104-Express 和 COM Express 的開放式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格定義了很多設(shè)計(jì)要求，例如電路板尺寸、連接器信號(hào)排列和堆疊。圖 2 說明了電路板尺寸，顯示 PC/104-Express 的一種選項(xiàng)和 COM Express 的三種選項(xiàng)，包括在 COM.0 R2.0 中定義的新的 95 x 95mm 緊湊型版本，預(yù)計(jì)該版本將在 2010 年獲得批準(zhǔn)。

　　如前文所述，PC/104 規(guī)格和 COM Express 之間的一個(gè)主要區(qū)別在于連接器的選擇和使用。最近幾年，處理器性能和功能已經(jīng)出現(xiàn)巨大的提升。集成圖形/視頻、PCI Express 和其他高性能接口的添加需要使用一個(gè)在比 PC/104 所用空間更小的空間內(nèi)具備更大帶寬和更多引腳的連接器。

　　選擇在 COM Express 上使用的連接器要考慮以下幾個(gè)因素：

　　尺寸—連接器是小型表面安裝技術(shù) (SMT) 連接器，占用最少的電路板空間。

　　引腳數(shù)量—連接器支持需要的I/O 數(shù)量并且可供將來擴(kuò)展。

　　信號(hào)完整性—連接器提供高性能 I/O（例如 PCI Express、視頻、LVDS 和吉比特局域網(wǎng)）所需的信號(hào)完整性的等級(jí)。

　　表 2 顯示 COM Express 和 PC/104 連接器的 I/O 功能的比較。

　　如表 2 所示，PC/104 支持 PCI Express，但是它是通過向已經(jīng)很擁擠的電路板添加另一連接器來實(shí)現(xiàn)的。為了添加功能，例如視頻、LAN 或 SATA，必須向 PC/104 電路板添加其他連接器，并且信號(hào)不能用于堆疊中的其他電路板。另一方面，COM Express 卻能夠?qū)⑺行盘?hào)向下傳輸?shù)捷d板，并且可以依據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的需要在載板上添加連接器。例如，如大多數(shù)軍事用途所需，載板可用于連接軍用標(biāo)準(zhǔn)連接器。

　　隨著軍事應(yīng)用復(fù)雜度的提升，COM Express 正得到廣泛利用以處理越來越苛刻的計(jì)算、I/O 帶寬和圖形要求。另一方面，提高 PC/104-Express 解決方案的能力通常意味著添加更多的堆疊電路板和連接器，并且可能最終形成一個(gè)笨重的系統(tǒng)，如圖 3 所示。因?yàn)?COM Express 只使用兩個(gè)電路板，它在系統(tǒng)成本、冷卻、高度、部件管理和信號(hào)完整性方面勝過 PC/104，如表 3 所述。

　　集成 圖形處理器

　　集成圖形引擎，嵌入到 Intel®Core i7 和 Intel®Core i5 處理器，提供增強(qiáng)的圖形功能和性能，同時(shí)降低整體平臺(tái)電源要求，減少占地面積。在進(jìn)行兩項(xiàng) 3DMark 測(cè)試時(shí)，基于 Intel®處理器的圖形引擎的性能是 Intel®GM45 Express 芯片組中的集成圖形芯片的 1.8 倍和 2.6 倍，如圖 4 所示。此外，使用能夠提升并行多線程應(yīng)用程序性能的集成 Intel®超線程技術(shù)，這些雙核處理器能夠同時(shí)處理多達(dá)四個(gè)軟件線程。

　　為了利用此圖形性能，大多數(shù)軍用系統(tǒng)要求多個(gè)顯示器與輸入設(shè)備。通過在 COM Express 連接器上傳輸所有視頻信號(hào)，載板能夠提供系統(tǒng)需要的不同視頻和輸入接口。在 PC/104 電路板上，所有連接器都必須位于基板之上，這會(huì)進(jìn)一步減少可用電路板空間。

　　RADISYS COM EXPRESS 解決方案

　　RadiSys®Procelerant COM Express 產(chǎn)品系列包含大量的擴(kuò)展及工業(yè)溫度范圍模塊，表 4 列出了其中的一部分。充分利用這一系列的產(chǎn)品，軍用設(shè)備制造商可以滿足他們的苛刻環(huán)境要求，同時(shí)縮短上市間并降低開發(fā)成本。

　　因?yàn)闊o需考慮處理器、芯片組和內(nèi)存的設(shè)計(jì)，制造商可將工程資源集中于產(chǎn)品差異化特性的開發(fā)，并避免了因處理器升級(jí)和越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)規(guī)則而帶來的設(shè)計(jì)變化。RadiSys 還提供廣泛的 COM Express 客戶服務(wù)，通過提供載板概念定義與設(shè)計(jì)、載板示意圖測(cè)評(píng)、BIOS 自定義和熱設(shè)計(jì)來進(jìn)一步加速客戶的產(chǎn)品上市時(shí)間。

　　領(lǐng)先于技術(shù)曲線

　　Procelerant CEQM57XT 將下一代 Intel® Core i5 和 i7 處理器與 -25 度 至 70 度 的工作溫度范圍和擴(kuò)展的振動(dòng)規(guī)格組合在一起，在一個(gè)基本尺寸 COM Express 模塊上為惡劣環(huán)境提供突破性的處理性能。緊湊式 95 x 125mm 模塊特別適合需要高水平計(jì)算、I/O、存儲(chǔ)和圖形能力的計(jì)算密集型軍事航空應(yīng)用。RadiSys 以 Type 2 和 Type 3 引腳的形式供應(yīng) CEQM57XT 模塊，使客戶能夠從他們以前的舊模塊輕松升級(jí)，同時(shí)通過最大 8GB 內(nèi)存、SSDDR3 選項(xiàng)、額外的 PCI Express 通道和改進(jìn)的存儲(chǔ)、圖形和音頻能力提升功能與性能。

　　Procelerant CEQM57XT COM Express 模塊

　　滿足高級(jí)軍事需要

　　軍用系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格不斷提高，從而推動(dòng)了對(duì)更高性能處理器與 DSP、更低支持成本和更快 I/O 與圖形的需求。隨著系統(tǒng)變得越來越以網(wǎng)絡(luò)為中心，現(xiàn)在是 PC/104 開發(fā)人員近距離關(guān)注 COM Express，以更低成本提供更新技術(shù)的最佳時(shí)機(jī)。

　　在定義 COM Express 時(shí)即考慮了到 PCI Express 和更大帶寬 I/O 需求的過渡，而 PC/104-Express 采用了新的而不是笨重的可堆疊連接器。代替以大量堆疊方式來滿足不斷出現(xiàn)的需求的 PC/104 電路板，系統(tǒng)開發(fā)人員能夠基于 COM Express 部署一個(gè)靈活的雙電路板解決方案。RadiSys Procelerant COM Express 產(chǎn)品特別適合高要求的軍事應(yīng)用，并且能夠幫助設(shè)備制造商降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

　　了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問 http://www.radisys.com/ Products/COM-Express/COM-Express-Modules.html

　　參考：

　　1 http://www.pc104.org/history.php/104+history

　　關(guān)于作者：

　　LORRAINE ORCINO—資深產(chǎn)品經(jīng)理–COM EXPRESS

　　Lorraine 在 RadiSys 主要負(fù)責(zé) COM Express 產(chǎn)品系列。她在產(chǎn)品管理和商業(yè)開發(fā)方面有十多年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)新處理器技術(shù)以及小占地面積如何為軍用設(shè)備制造商開創(chuàng)眾多設(shè)計(jì)選擇有深入了解。她從德銳技術(shù)學(xué)院 (DeVry Institute of Technology) 獲得電子工程理學(xué)士學(xué)位。