盡管 IIoT 準(zhǔn)備通過(guò)應(yīng)用智能和連接來(lái)重塑工廠自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、能源和其他工業(yè)市場(chǎng)，但為這些領(lǐng)域提供動(dòng)力的嵌入式系統(tǒng)仍然受制于壽命、可靠性和低功耗。然而，與此同時(shí)，更高精度傳感器的使用、對(duì)視頻和圖形功能的日益增長(zhǎng)的需求以及對(duì)本地分析處理的需求正在推動(dòng)對(duì)性能的指數(shù)級(jí)需求。

像往常一樣，嵌入式（現(xiàn)在是物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)計(jì)人員有責(zé)任平衡這些需求與尺寸、重量、功率和成本 （SWaP-C） 閾值。此外，關(guān)鍵行業(yè)通常需要無(wú)需大量重新設(shè)計(jì)即可集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中的解決方案。

這些要求的交匯點(diǎn)是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、緊湊且易于擴(kuò)展的PC/104 標(biāo)準(zhǔn)。除了占用空間小和功耗低之外，組件供應(yīng)商和電路板設(shè)計(jì)人員之間的密切合作導(dǎo)致了一種可堆疊架構(gòu)，該架構(gòu)已應(yīng)對(duì)過(guò)去三個(gè)十年中的每一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。PC/104 現(xiàn)在配備了下一代 I/O 并支持現(xiàn)代處理器，已準(zhǔn)備好升級(jí)具有 IIoT 功能的工業(yè)系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)。

PC/104 從工業(yè)到 IIoT 的演變

為了與摩爾定律保持一致，即對(duì)更多計(jì)算能力的驅(qū)動(dòng)以及對(duì)更快數(shù)據(jù)鏈路的需求，PC/104 系列規(guī)范自 1987 年推出以來(lái)一直采用新的 I/O 技術(shù)。如圖 2 所示，這Evolution 包括從原始 ISA 總線基礎(chǔ)添加 PCI 和 PCI Express （PCIe） 接口。

圖1.自 1987 年以來(lái)，PC/104 系列規(guī)范為更高性能的嵌入式系統(tǒng)提供了墊腳石?，F(xiàn)在，它使這些系統(tǒng)能夠過(guò)渡到 IIoT

PC/104 技術(shù)的進(jìn)步也與工業(yè)系統(tǒng)中不斷提高的帶寬要求相吻合，工業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)在采用多核片上系統(tǒng) （SoC） 來(lái)支持額外的傳感器和連接，作為 IIoT 基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。對(duì)于希望擴(kuò)展現(xiàn)有設(shè)計(jì)以支持這些功能的設(shè)計(jì)人員，PC /104- Plus和PCI/104-Express提供了理想的橋接技術(shù)。

例如，PCI/104-Express 不僅支持 PCIe，還支持 USB、SATA 和千兆以太網(wǎng) （GbE） 等高速接口。這些接口與 PCI/104-Express 規(guī)范中更高級(jí)別的信號(hào)完整性一起，簡(jiǎn)化了下一代 I/O 外設(shè)的集成，并且在向堆棧添加模塊時(shí)無(wú)需重新設(shè)計(jì)。

而且，借助可滿足幾乎任何所需功能的 PC/104 兼容外圍模塊，設(shè)計(jì)人員可以快速?gòu)墓I(yè)轉(zhuǎn)向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

強(qiáng)大的外設(shè)將 PC/104 供電到 IIoT

通過(guò)在處理器基板頂部堆疊外圍模塊來(lái)添加功能的能力幫助 PC/104 多年來(lái)保持其受歡迎程度。除了為新技術(shù)提供平臺(tái)外，每塊板上的角安裝孔和堆疊式連接器（除了底座）意味著基于 PC/104 技術(shù)的舊系統(tǒng)可以輕松升級(jí)——甚至跨供應(yīng)商。

對(duì)于希望將其系統(tǒng)過(guò)渡到 IIoT 就緒狀態(tài)的工業(yè)工程師，今天的 PC/104 外圍模塊提供了從智能數(shù)據(jù)采集到 Wi-Fi 連接到通過(guò) GbE 的高分辨率成像等各種功能。下面是幾個(gè)用例，展示了如何利用緊湊而堅(jiān)固的 PC/104 外形來(lái)快速添加設(shè)計(jì)功能。

數(shù)據(jù)采集

PC/104 靈活的 I/O 架構(gòu)可以與現(xiàn)代處理器相結(jié)合，用于高捕獲率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高速相機(jī)和圖像采集卡就是一個(gè)很好的例子。在這里，可以使用PCIe/104卡來(lái)促進(jìn)多個(gè)相機(jī)連接，同時(shí)還可以控制高速總線。這種靈活性是可能的，因?yàn)楦咚偬幚砗吞囟ㄍ鈬娐房梢怨泊嬗谕?PC/104 板上。

Diamond Systems Corporation的E104-DAQ1616模塊是一款集成了模擬 I/O 技術(shù)和 PCIe 接口的 PCIe/104 數(shù)據(jù)采集 I/O 卡。該模塊支持所有數(shù)據(jù)采集功能，包括模數(shù) （A/D）、數(shù)模 （D/A）、數(shù)字輸入/輸出 （DIO） 和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。該板還支持PCI-104連接器封裝，作為與現(xiàn)有堆棧中的 PCI-104 卡進(jìn)行通信的選項(xiàng)。

千兆以太網(wǎng)

除了先進(jìn)的處理器，遠(yuǎn)程監(jiān)控和交通監(jiān)控等工業(yè)應(yīng)用還需要高速視頻包流。PCI/104-Express 和 PCIe/104 對(duì) GbE、USB 和低功耗的支持可滿足這些要求。

RTD Embedded Technologies的LAN25222HR 和 LAN35222HR雙 GbE 模塊分別通過(guò) PCI/104-Express 和 PCIe/104 架構(gòu)提供 GbE 通信。這些模塊由英特爾? 82574IT GbE 控制器驅(qū)動(dòng)，每個(gè)模塊都提供兩個(gè) GbE 連接和每個(gè)通道上的 10/100/1000 Mbps RJ45 通信。

當(dāng)部署在視頻應(yīng)用中時(shí)，RTD 板通過(guò)在 PC/104 外形尺寸中提供桌面級(jí)性能來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)卸載和幀抓取等任務(wù)。雙 GbE 接口、大量其他 I/O 和板載可信平臺(tái)模塊 （TPM） 使其成為需要高水平數(shù)據(jù)完整性和安全性的互聯(lián)工業(yè)設(shè)計(jì)的潛在核心。

同時(shí)，WinSystems 基于英特爾 Apollo Lake-I E3900 處理器的 PX1-C415 PCIe/104 SBC 通過(guò) OneBank 擴(kuò)展連接器提供雙 GbE 和一系列附加 I/O。這些板還包括一個(gè)可信平臺(tái)模塊 （TPM），使其成為處理敏感數(shù)據(jù)的小尺寸、堅(jiān)固耐用的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的無(wú)縫選擇。

Wi-Fi 控制器

Wi-Fi 正日益成為工廠車間等工業(yè)環(huán)境中非實(shí)時(shí)應(yīng)用的首選通信渠道。同樣，PC/104 的可堆疊架構(gòu)允許設(shè)計(jì)人員將 Wi-Fi 模塊或子系統(tǒng)無(wú)縫集成到現(xiàn)有工業(yè)設(shè)計(jì)中。

例如，RTD Embedded Technologies 提供用于將 Wi-Fi 功能嵌入工業(yè)應(yīng)用的 PCI/104-Express 和 PCIe/104 Mini-PCIe 卡載體模塊，即WLAN25203ER 和 WLAN35203ER。這兩種 Wi-Fi 解決方案都包含符合 802.11a/b/g/n 標(biāo)準(zhǔn)的 Atheros 無(wú)線 LAN （WLAN） 模塊。

雙槽 Mini-PCIe 卡托架支持 Type 1、Type 2 以及通用 PCI/104-Express 和 PCIe/104 擴(kuò)展引腳選項(xiàng)。Type 1 具有帶有 USB 2.0 的 PCIe x1 和 x16 鏈路，而 Type 2 支持帶有 USB 3.0 和 SATA 的 PCI Express x1 和 x4 鏈路，適用于最新的外圍設(shè)備。通用引腳支持 PCIe x1 和/或 USB 2.0。

PC/104 和 x86 合作伙伴關(guān)系繼續(xù)

在全新的圖形和顯示世界與 IIoT 設(shè)計(jì)融合之際，具有強(qiáng)大 CPU 和視頻處理能力的 x86 處理器正變得越來(lái)越突出。與上一代工業(yè) CPU 相比，這些處理器提供更高的計(jì)算性能、更高分辨率的圖形和更快的 I/O，同時(shí)功耗更低。

最初設(shè)計(jì)時(shí)考慮到支持 x86 處理器，PC/104 已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行這些工作負(fù)載。VersaLogic的 PC/ 104- Plus Liger 板就是一個(gè)很好的例子，它采用基于 Kaby Lake 微架構(gòu)的第七代 Intel? Core 處理器。Liger 上的傳統(tǒng) I/O 和高級(jí)處理性能的組合提供了升級(jí)傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)保持與已部署模塊或定制外圍設(shè)備的連接性。Liger 還將可信平臺(tái)模塊 （TPM） 安全芯片直接集成到印刷電路板 （PCB） 上，提供硬件級(jí)安全性并防止對(duì)敏感工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。

圍繞 x86 處理器和相關(guān)軟件的現(xiàn)有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)通過(guò)支持新興功能和保持與現(xiàn)有解決方案的兼容性來(lái)補(bǔ)充 PC/104 的多功能性。合并后的生態(tài)系統(tǒng)還提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，工業(yè)開發(fā)人員可以在此平臺(tái)上定制他們的設(shè)計(jì)以滿足特定要求。

PC/104：重新加載，不要重建

I/O 接口、有線和無(wú)線連接機(jī)制以及小尺寸擴(kuò)展選項(xiàng)的密集組合繼續(xù)在嵌入式系統(tǒng)中啟用 PC/104 技術(shù)，從資源受限的控制系統(tǒng)到高性能 IIoT 解決方案。通過(guò)提供對(duì)高級(jí)處理器和高速接口的支持，同時(shí)仍然兌現(xiàn)可靠性和長(zhǎng)生命周期操作的承諾，PC/104 開發(fā)人員可以在未來(lái)充分依靠他們的投資。

借助允許工業(yè)設(shè)計(jì)人員快速提供更高性能和新功能的架構(gòu)，無(wú)需設(shè)計(jì)新模塊、采購(gòu)其他模塊或從頭開始重建整個(gè)系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷