应用在电子设备中的几种工业现场总线

中国船舶重工集团第七一五研究所 秦 利

1.引言

现场总线是指应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向多节点通信的系统，是一种开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络。在电子设备的产品应用中，工业现场总线在应用中起着重要的作用，它代表了设备信号的传输能力。如：MULTIBUS、VME，STD、PC-104、CPCI等，在过去的工业产品结构中，主要采用了MULTIBUS总线，随着工业技术的进步，现在发展了VME总线及CPCI总线。本文着重介绍一下MULTIBUS、VME及CPCI三种总线的应用。

2.MULTIBUS总线

2.1 功能与特点如图1所示，MULTIBUS总线是一种异步的多重处理系统总线，在单板计算机、存储器和扩展的I/O板之间传输8位或16位数据，支持主设备、从设备和智能从设备。

表1 几种总线带宽

图1 MULTIBUS功能架构

图2

图3

图4

最初的早期，计算机寻址能力及传输能力有限，MULTIBUS总线很好的满足了单板计算机之间的数据交换，并且其可靠的传输系统及多主机之间的工作匹配，在军品的工业系列中得到的了广泛的应用，由于其总线信号设计简单，易于扩展，在老一代的电子产品中起着重要的作用。

2.2 总线应用

如图2所示，286主板为8M的主频，加载DSP芯片，在不同的机箱插槽实现数据传输，信息解算等，由286主板将数据结果传输到下一环节，同一类型的DSP芯片在不同的机箱中可以互相替换，信号传输的能力受总线速度的限制。

新一代的应用中，数据传输采取网络交换，数据量大大增加，MULTIBUS总线成为发展的瓶颈。随着工业技术的进步，计算机技术得到了迅猛的发展，数据交换的速度要求总线的能力越来越高，相匹配于速度的要求出现了VME及后来发展的CPCI总线。

3.VME总线

3.1 功能与特点

VME总线是一种通用的计算机总线，它定义了一个在紧密耦合(closely coupled)硬件构架中可进行互连数据处理、数据存储和连接外围控制器件的系统。

VME系统的总线分为四大类：数据传输总线、数据传输仲裁总线、优先中断总线和通用总线。在VME总线中，各模块是以平行结构分布的，所有的数据和指令通过系统底层的4类总线进行传输，信号的模式是TTL电平信号。

VME的数据传输机制是异步的，有多个总线周期，地址宽度是16、24、32、40或64位，数据线路的宽度是8、16、24、32、64位，系统可以动态的选择它们。VME家族的几种总线带宽如表1。

随着支持VME总线的硬件板的普及应用，VME总线在电子设备中得到了广泛的应用，目前的几种信号处理机都采用了VME64总线规格，实现了设备的升级换代。

3.2 总线的应用

如图3所示，VR7主板带有更快的主频，并带有网络交换口，及PC及相应的标准配置，可以更好的查看主板运行情况，由VR7加载DSP芯片，由于总线带宽的提高，芯片处理数据，实现算法的能力不再受总线的限制，可以大大提高信号机的处理能力，由于总线的机械结构更为合理，能很好的满足散热要求，提高设备的稳定性。

4.CPCI总线

4.1 功能与特点

CPCI又称紧凑型PCI，是1994提出来的一种总线接口标准。以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。

CPCI在功能架构上和PC机一样。固CPCI的出现让诸如CPU、硬盘等许多原先基于PC的技术和成熟产品能够延续应用，解决了多年来电信系统工程师与设备制造商面临的棘手问题，比如传统电信设备总线VME与工业标准PCI总线不兼容问题。

CPCI具有可热插拔（Hot Swap）、高开放性、高可靠性的优点。它与传统的桌面PCI系统完全兼容，在64位/66M总线接口下能提供每秒高达512MB的带宽。

4.2 总线应用

如图4所示，PM主板为1.1G的主CPU，带有与对外通信的双网卡，配合CPCI总线的带宽，处理能力及速度远远超过过去的MULTIBUS总线的应用，其中双图形板相当与PC机的显卡接口，带有一定的显存，处理数据都为PM主板上。

表2 VME和CPCI总线的简单比较

5.VME和CPCI总线的分析和对比

MULTIBUS总线由于受带宽及结构上的限制，已经逐渐不被采用，而广泛的采用了VME和CPCI总线，这里对VME和CPCI总线进行一下简单比较，见表2。

6.发展前景的展望

VME总线工控机诞生于1981年，20年来，在高性能的实时应用领域一直处于主导地位，目前在各个领域广泛的应用。开始于1995年11月的CPCI总线工控机，源于现在和将来十几年内流行于桌面机的Wintel架构和PCI总线标准，是未来工控机发展的主流总线，代表了先进技术。

7.结论

在这个海量数据的时代，带宽是一个压倒性的指标。从上面对三种总线的比较中可以看出，MULTIBUS总线在各个性能指标上明显差于VME和CPCI总线，该总线也在被逐渐的替代，相对VME和CPCI总线来说，VME技术目前的优势在于多年的技术积累，其完备的规范和得力的技术支持能满足大部分客户的具体要求，CPCI在性能指标和兼容性等各方面优点被广大应用者所追捧。

[1]刘星.计算机接口技术[M].机械工业出版社,2003.

[2]CompactPC总线工控机技术的现状与应用[J].2007.

[3]VME64 and CompactPCI CMP Media Inc.1998.