1.5.2 內(nèi)部總線

在計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計中，除選擇一種微處理器、微控制器自行設(shè)計硬件系統(tǒng)或選用現(xiàn)有的智能儀表、DCS等系統(tǒng)外，設(shè)計者還可以根據(jù)不同的需要選擇微型計算機系統(tǒng)（如PC或工控PC），再配以I/O擴展卡，即可構(gòu)成硬件系統(tǒng)。I/O擴展卡是插在微型計算機系統(tǒng)中總線上滿足控制系統(tǒng)需要的電路板。工控PC采用的結(jié)構(gòu)是無源底板，在無源底板上具有多個ISA或PCI總線插槽，CPU板卡為ALL-IN-ONE結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)級電源及特制的機箱，可靠性高，可連續(xù)24小時運行，又與一般PC兼容。

在計算機控制系統(tǒng)中，一般將總線分為內(nèi)部總線和外部總線兩部分。

內(nèi)部總線是計算機內(nèi)部各功能模塊之間進行通信的通道，又稱為系統(tǒng)總線，它是構(gòu)成完整計算機系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。由于ISA總線已淘汰，下面介紹比較流行的PCI總線、PCIe和PC104總線。

1.PCI總線

制訂PCI總線的目標是建立一種工業(yè)標準化的、低成本的、允許靈活配置的高性能局部總線結(jié)構(gòu)，它既為當今的系統(tǒng)實現(xiàn)一個較高的性價比，又能適應(yīng)將來的CPU特性，能在多種平臺和結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。

PCI總線是一種高性能、32位或64位地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用的總線。其用途是在高度集成的外設(shè)控制器、擴展卡和處理器系統(tǒng)之間提供一種內(nèi)部聯(lián)接機制。

PCI總線的組件、擴展板接口與處理器無關(guān)，在多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠高效地在多個處理器之間傳輸。與處理器無關(guān)這一特性，使PCI總線具有很好的I/O功能，能夠最大限度地使用各類CPU/RAM的局部總線操作系統(tǒng)、高檔圖形設(shè)備和高速外部設(shè)備，如SCSI、FDDI、HDTV、3D等。

PCI總線特有的配置寄存器為用戶提供了方便。系統(tǒng)嵌入自動配置軟件，在加電時自動配置PCI擴展卡，為用戶提供了簡單的使用方法。

2.PCIe總線

PCI Express（簡稱PCIe）總線是Intel公司提出的新一代總線接口，旨在替代舊的PCI、PCI-X和AGP總線標準，并稱為第三代I/O總線技術(shù)。

PCIe總線采用了目前流行的點對點串行連接，不同于PCI總線以及更早期的計算機總線的共享并行架構(gòu)，其每個設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸提高到一個很高的頻率，達到PCI總線所不能提供的高帶寬。傳統(tǒng)PCI總線在單一時間周期內(nèi)只能實現(xiàn)單向傳輸，而PCIe總線的雙單工連接能提供更高的傳輸速度和質(zhì)量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。

PCIe總線在軟件層面上兼容PCI技術(shù)和設(shè)備，支持PCI設(shè)備和內(nèi)存模組的初始化，過去的驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)可以支持PCIe設(shè)備。

3.PC104總線

PC104總線是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，是ISA（IEEE 996）標準的延伸。PC104總線有兩個版本：8位和16位，分別與PC和PC/AT總線相對應(yīng)。IEEE協(xié)會將PC104總線定義為IEEE-P996.1，其實際上就是一種緊湊型的IEEE-P996。它的信號定義和PC/AT總線基本一致，但電氣和機械規(guī)范完全不同，是一種優(yōu)化的、小型的、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。它與普通PC總線控制系統(tǒng)的主要不同如下。

1）小尺寸結(jié)構(gòu)：標準模塊的尺寸是3.6inch×3.8inch（1inch=25.4mm）。

2）堆棧式連接：PC104總線模塊之間總線是通過上層的針和下層的孔相互咬合相連的，有極好的抗振性。

3）低功耗：一般4mA總線驅(qū)動即可讓模塊正常工作，典型模塊的功耗為1~2W。

PC104總線通常有CPU模塊、數(shù)字I/O模塊、模擬量采集模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊等功能模塊，這些模塊可以連接在一起，相互之間連接緊固，不易松動，更適合在強烈振動的惡劣環(huán)境下工作。PC104總線模塊一般支持嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux、Windows CE等。

目前生產(chǎn)PC104卡或模塊的公司有研華科技、研祥智能科技、磐儀科技等公司，其中，研華的PC104主板PCM-3343如圖1-18所示。

研華PCM-3343主板包含4個USB2.0接口、2個音頻接口、4個串口、1個PC104接口、1個百兆網(wǎng)口、1個24位LVDS接口和1個TTL LCD接口，支持的操作系統(tǒng)有Windows XP、Linux等。

另外還有PC104 Plus總線，它為單列三排120個總線引腳，有效信號和控制線與PCI總線完全兼容。