概括地講，嵌入式工業(yè)PC設計主要有兩種體系結構，即封閉式和開放式體系結構。封閉式體系結構的產品不依賴于某種總線標準，為某種特定任務而專門設計，專用性較強，一般稱這種產品的嵌入方式為芯片級嵌入。開放式體系結構的設計立足于某種公開了的工業(yè)總線標準。依靠這種開放和標準，眾多計算機廠商設計出各具特色、種類繁多、可供用戶靈活選擇的模板級產品，如CPU板、系統(tǒng)支持板、人機接口板、信號調理板、模擬量I/O板和數(shù)字量 I/O板等。因為有了標準，所以不同的用戶可以根據任務的實際情況選擇一定數(shù)量的功能模板，以最快的速度組合成相應的應用系統(tǒng)，從而大大縮短了開發(fā)周期，減小了開發(fā)費用。由于總線標準，使產品的升級和維護變得簡單、方便。這種嵌入方式稱為板級嵌入，嵌入式工業(yè)系統(tǒng)采用最多的就是這種嵌入方式。

除開放和標準以外，工業(yè)控制計算機不僅需要像平臺PC機一樣的速度和性能（如成熟的操作員界面、復雜的控制算法和最快的處理器），而且要求具有以下特性：

?堅固性。工業(yè)控制機必須工作在高溫、高塵環(huán)境，并能承受強烈沖擊和震動，因此需要供電電源穩(wěn)定可靠、制冷性能良好和插卡的固定能力。

?可靠性。MTBF（兩次故障之間的平均時間）指數(shù)大于1萬小時，這要靠保守的電路和散熱設計、固態(tài)非轉動的盤驅動器和仔細的電纜連接來保證。

?低的MTTR（平均故障修復時間）指數(shù)。由于工業(yè)控制機普遍采用去掉有源電路的無源后背板或主板，功能分散到其它插板上，因此插板一旦出現(xiàn)故障，可以很快完成更換。

?模塊化。控制設備的工控機需要兩個以上的串口和一個以上的并口、模擬和數(shù)字I/ O、運動控制、PLC互連能力、顯示等等。一般工控機要有12個或更多的總線插槽用于I/O擴展。

?標準化。凡是成功的計算機平臺都基于某種標準，所有的工業(yè)用戶正逐漸從專用結構轉移到基于標準的架構，因為標準架構的產品容易從多個不同的供應商那里得到。

?實時性。工控機要具有時間和事件驅動能力，能對生產過程工況變化實時地進行監(jiān)測和控制，當過程參數(shù)偏離設定值甚至出現(xiàn)故障時，能迅速做出相應的處理。

?前面板I/O。工業(yè)用戶喜歡像PLC產品那樣簡便的前面板端子連接方式。一般平臺計算機用電纜從后面跟外部連接，這在桌面上看起來還好，但大多數(shù)工業(yè)用戶的要求卻相反。

一個成功的嵌入式工業(yè)PC模板硬件設計還應考慮以下方面：

?兼容性。嵌入式工業(yè)PC模板設計要做到和PC、MS-DOS完全兼容，充分利用商用PC所積累的軟、硬件資源。

?克服總線數(shù)據寬度和速度瓶頸，產品升級。標準工業(yè)總線一方面使系統(tǒng)開放，另一方面也阻礙了處理器性能的發(fā)揮。為此，一種辦法是采用高性能總線，但這無疑會大幅度增加設計費用和產品成本。比較好的辦法是采用All in one和I/O總線設計方案，既可提高性能又可保持向下兼容。專家認為，一般工業(yè)過程為慢過程，對I/O的訪問速度要求并不高，8/ 16位數(shù)據寬度、8MHz的頻率足夠了。但隨著數(shù)據采集量增加，控制策略和控制算法更加優(yōu)化和復雜，對計算機的處理能力、存儲器訪問速度和實時響應能力的要求越來越高、越來越嚴格。所以，將局部高速總線和慢速系統(tǒng)總線相結合設計，即把對速度要求高的CPU、存儲器、看家狗、硬盤和需要高速訪問的I/O接口等做在一塊All in one模板上，把相對慢速的I/ O部分放在總線上，是一種合理、現(xiàn)實的方案。

?采用基于Flash存儲器的新型存儲器子系統(tǒng)。伴隨著PC機架構滲透到嵌入式應用領域 ，一種與傳統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)完全不同的新型存儲器系統(tǒng)結構正在產生。新型存儲器子系統(tǒng)以 Flash存儲器為核心，配有少量RAM（SRAM或DRAM），突破了傳統(tǒng)的磁盤（軟、硬盤）、ROM和大量 RAM三級存儲器結構，具有系統(tǒng)小、功耗低、重量輕、堅固和可靠性高等特點，更能滿足各種苛刻的嵌入式應用要求。Flash存儲器以其高密度、高速度、不揮發(fā)、電可改寫和高可靠等優(yōu)點，為實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)軟件全固化運行的理想提供了保障。

?系統(tǒng)故障監(jiān)測和自動恢復。如今，看家狗電路已成為嵌入式工業(yè)PC設計不可缺少的一部分。它能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時迅速報警，并在無人干預的情況下，使系統(tǒng)自動恢復運行。

?采用PC兼容的、高集成度的嵌入式微處理器。過去，嵌入式設計往往采用NEC公司的 V系列處理器和80C186E系列作CPU。隨著高性能、高集成度、低電壓工作和帶有電源管理單元的嵌入式微處理器的推出（如Intel的386EX、AMD的Am386EM和即將推出的奔騰級P55C、P 54C多媒體芯片等），給設計人員提供了更大的發(fā)揮空間。

來源：運控伺服