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无风扇工控机 嵌入式主板

blog 2020-11-04 11 0

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  嵌入式微机工业控制技术是20-世纪以来在计算机应用实践中产生和发展起来的非常经济实用的一种自动化技术它集电气、机械、计算机、通信等技术于一体。具有速度快、工作方式灵活、可靠性高、信息处理能力强、成本低、适用范围广等特点。在工业领域中已得到广泛的应用,无风扇工控机,选用功能强大的32位嵌入式微处理器来代替8位单片机。

  一般理解为嵌入在设备里面做控制、数据处理使用的CPU板,也就是设备的“大脑”。嵌入式到设备里面,当然就会对主板的体积以及功耗(嵌入式主板的散热问题)有比较严格的要求。所以一般来讲嵌入式主板会具备 尺寸小、高集成度、低功耗等特性!嵌入式主板比较常见的一般有两大类:基于X86的嵌入式主板基于RISC的ARM 嵌入式主板(由ARM公司授权生产,每个芯片产家各有自己特殊的功能)。嵌入式的ARM板一般都是板载CPU,而基于x86 CPU的主板则不一定。

  标准的嵌入式系统架构有两大体系,目前占主要地位的是所谓RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)处理器。RISC体系的阵营非常广泛,从ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等,都是属于RISC处理器的范畴。不过这些处理器虽然同样是属于RISC体系,但是在指令集设计与处理单元的结构上都各有不同,因此彼此完全不能兼容,在特定平台上所开发的软件无法直接为另一硬件平台所用,而必须经过重新编译。

  其次是CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)处理器体系,我们所熟知的Intel的X86 处理器就属于CISC体系,CISC体系其实是非常低效率的体系,其指令集结构上背负了太多包袱,贪大求全,导致芯片结构的复杂度被极大的提升。过去被应用在嵌入式系统的X86处理器,多为旧世代的产品,比如说,工业计算机中仍可常见数年前早已退出个人计算机市场的Pentium3处理器。由于此世代的产品效能与功耗比可以说是过去X86体系的甜蜜点,加上已经被市场长久验证,稳定性高,故常被应用于效能需求不高,但稳定性要求高的应用中,如工控设备等产品。

  在机电一体化项目中,经常会遇到工件需做往返运动或需精确定位等场合,这些项目采用步进电机控制简单易行。因此内含步进电机的嵌入式一体化工业控制机应用广泛,可用作气动加工、激光加工、自动焊接等设备的控制系统。例如能在各种金属或非金属物体上打出文字图形的机电一体化设备-打标机,应用该系统可较大幅度地提高打标的速度和精度;又如激光加工机床,它通过控制激光束和工件之间的相对位置来切割、打孔和热处理各种零器件,采用该系统能充分发挥ARM处理器的性能。可提高精度的同时降低生产成本,是新式机床设计和老式机床改造的一条有效途径。

  常见的3.5寸板、PC104板、MINI-ITX、PICO-ITX、NANO-ITX、ETX等都属于嵌入式主板的板型。

  通常在主板上面会带有:VGA接口(有的嵌入式主板会带DVI、HMD、LVDS/TTL等显示接口,LVDS/TTL用来接LCD显示屏;945芯片组以上的主板还可以支持异步双显)、USB接口(低端主板一般只能接存储使用U盘,主要看系统里面有没有带USB设配的驱动)、键盘/鼠标,并口、串口(一般带有多个串口,很多设备还都是通过串口做控制、通信的)IDE接口(高端主板一般带有SATA接口)、网口、GPIO口等等,通常还会带有一个功能扩展接口如:PC104、PCI104、MINI-PCI等类似的扩展接口,存储扩展接口如:CF卡接口(低端主板还会带有DOC接口)。

  3.5嵌入式主板系列体积仅相当于3寸硬盘大小。(有板载CPU的低端主板,也有非板载的;主板一般都是可以支持Windows系统的,所以性能一般来讲比PC104主板要高,常见的PC104主板一般都是上DOS的;有的主板上面不仅贴CPU除此还会板载内存,128/256的都有,确实是ALL-IN-ONE。)

  PC104主板(主板一般都会板载CPU、板载内存条、板载电子盘)很常见,有两种规格:X86 和ARM。基于X86的PC104主板很多产家再做,基本上都是低端上DOS系统的,不过也有例外,有产家可以上到PM1GHZ以上,当然价格也超级贵了。PC104嵌入式主板跟其他主板一般,都是嵌入到设备里面做控制使用的,所以很多行业都可以使用。比如医院里面使用的监护仪、血液分析仪等等医疗设备,还有机车控制上面(株洲的一家大公司就是一个案例)。所以不仅仅用于军工行业(军工行业在中国国内是没有几个产家能做的)。

  MINI-ITX主板,由威盛创建规格,尺寸为17CM*17CM,集成度较高,成本低,多用于商业终端,如金融POS,KIOSK等。比较流行的是基于INTEL ATOM处理器的MINI主板,当然很多是商用产家做的商用电脑板,价格非常的好,一般在500块钱左右(1.6GHZ的主板 945芯片组,这里不多做介绍了。)

  PICO-ITX主板,2007年,威盛发布了世界上最小的商务板型主板 EPIA® Pico-ITX,尺寸仅为10 cm x 7.2 cm。为使 x86 架构应用于此前由于空间原因无法实现的嵌入式系统,威盛 EPIA® Pico-ITX 为其它标准的嵌入式主板或x86系统模块提供了一个创新的平台选择。 主板尺寸小,只保留最基本的PC功能,扩展性不大,便携式或移动性较强设备!

  NANO-ITX 威盛 Nano-ITX 是高集成原生 x86 嵌入式平台, 尺寸仅为 12 cm x 12 cm,比 Mini-ITX 板型还要小 50%。

  ETX 即 Embedded Technology eXtended (嵌入式技术扩展)的缩写,是一种工业SOM(模块系统)应用的新标准,其外形尺寸为114mm x 95mm。ETX模块包括两个部分:一个是ETX CPU模块,另一个是ETX自定义载板。

  (1)、功耗:这是ARM主板最大的优点之一,一般的VIA的X86主板,功耗都在40W左右或者以上,而ARM主板的功耗极低,如:微嵌的工业平板电脑(使用ARM架构),在关掉背光情况下,其主板功耗整体也只有1W左右。

  (2)、发热:ARM主板不会发热,主板温度一般是常温,因此可以一直长年累月开机在线工作,不会出现任何问题。而X86主板CPU必须配风扇而且不能长期工作,否则主板产生的温度会让主板整体性能寿命降低。风扇的工作寿命也会影响主板的寿命。

  (3)、开机时间:ARM主板的开机速度非常快,一般只有几秒就可以了,而X86需要开机一段时间,Windows系统才会起来。

  (4)、性能:目前来看,ARM主板的性能已经越来越接近X86主板,甚至在某些方面超过了它。从视频多媒体、数据通信等几个方面,基本和X86类似。

  (5)、工作时间和环境:ARM主板不受时间限制,可以一直开机工作,无须人员去维护,而且在调电情况下,只要来电,那么就会自动启动,无须人员去开机或者关机,而X86主板却要人员维护,而且不能长期工作,否则会让主板寿命大大降低。

  环境:ARM主板一般都是工业极,不受环境影响,最低温度可以在-20摄氏度左右,最高温度可以在70摄氏度左右,而X86一般都不行。

  (6)、数据安全性:ARM主板都采用高度集成方式,数据一般都放在Flash内部,都是二进制格式,外部无法直接拷贝内部数据。而且最大的优点是:目前ARM主板的系统都是WinCE系统或者Linux系统,不会受病毒感染,客户无须担心病毒感染而导致数据泄漏,尤其是一些对于数据安全性要求很高的场所。ARM主板非常适合而X86刚好相反,由于都采用了Windows XP、2000等常用系统,而且采用了DOM盘或者硬盘,因此数据很容易被病毒感染或者被人偷取,因此安全性无法相比。

  (7)、主板安全性:ARM主板的内存以及所有芯片都采取了贴片方式,因此在周围环境震动情况下,不会松动,而X86是采用了直插方式,比如内存条和DOM盘等,因此一旦时间长久,就会出现松动情况从而影响系统运行。

  (8)、灵活性:ARM主板可以根据用户的需要来进行灵活配置,比如logo,内存大小,系统驱动程序裁减,周围芯片的裁减,系统软件的加载等等,无论软硬件都是非常灵活这样也会大大降低客户的成本和系统整体的维护成本和性能,而X86却无法做到这一点。微嵌WinCE工业平板电脑完全可以根据用户的需要来进行配置。

  (9)、价格:ARM主板目前价格都非常低,而且ARM主板已经包含了内存和存储介质,无须外部购买配件,因此整体系统成本比X86价格要低很多。

  1、最大缺点是目前ARM主板都是采用了Windows CE系统或者Linux系统,因此对于很多客户来说,原先采用了X86的平台,目前要调整到ARM上来,必须对软件平台进行重新编译和调整,而且还要熟悉一下ARM的嵌入式平台工作机制,因此会增加前期的开发工作量。微嵌的工业平板电脑采用ARM主板+Windows CE系统。使用VS2005VS2008 IDE编程,更接近于Windows XP程序开发,包含C++、C#、发。也提供了相关的例程序,尽量减少XP平台转换为WinCE平台带来的麻烦。

  2、另外一点是:目前国内做ARM主板的厂家不多,不过随着时间的推移,ARM主板的技术支持必定会跟上去。

  通过上述比较,我们基本得出:采用嵌入式ARM主板来替换X86主板在很多地方 已经是一种趋势,如果客户成本压力,性能压力,功耗,安全性等各个方面都有考虑的话,建议采用ARM主板。这样尽管前期需要调整,但是和自己的产品总体比起来,这个应该不会是问题。

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