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嵌入式主板一般理解為嵌入在設(shè)備里面做控制、數(shù)據(jù)處理使用的CPU板,也就是設(shè)備的"大腦"。嵌入式到設(shè)備里面,當(dāng)然就會對主板的體積以及功耗(嵌入式主板的散熱問題)有比較嚴(yán)格的要求。所以一般來講嵌入式主板會具備 尺寸小、高集成度、低功耗等特性!嵌入式主板比較常見的一般有兩大類:基于X86的嵌入式主板基于RISC的ARM 嵌入式主板(由ARM公司授權(quán)生產(chǎn),每個芯片產(chǎn)家各有自己特殊的功能)。嵌入式的ARM板一般都是板載CPU,而基于x86 CPU的主板則不一定。[1]

標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)有兩大體系,目前占主要地位的是所謂RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集計算機(jī))處理器。RISC體系的陣營非常廣泛,從ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等,都是屬于RISC處理器的范疇。不過這些處理器雖然同樣是屬于RISC體系,但是在指令集設(shè)計與處理單元的結(jié)構(gòu)上都各有不同,因此彼此完全不能兼容,在特定平臺上所開發(fā)的軟件無法直接為另一硬件平臺所用,而必須經(jīng)過重新編譯。

其次是CISC(Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集計算機(jī))處理器體系,我們所熟知的Intel的X86 處理器就屬于CISC體系,CISC體系其實是非常低效率的體系,其指令集結(jié)構(gòu)上背負(fù)了太多包袱,貪大求全,導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度被極大的提升。過去被應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的X86處理器,多為舊世代的產(chǎn)品,比如說,工業(yè)計算機(jī)中仍可常見數(shù)年前早已退出個人計算機(jī)市場的Pentium3處理器。由于此世代的產(chǎn)品效能與功耗比可以說是過去X86體系的甜蜜點(diǎn),加上已經(jīng)被市場長久驗證,穩(wěn)定性高,故常被應(yīng)用于效能需求不高,但穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中,如工控設(shè)備等產(chǎn)品。

嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)是一套與工控工作臺集成在一起的單片機(jī)控制系統(tǒng)。配備了合適尺寸的液晶顯示屏以顯示工作菜單,可接入標(biāo)準(zhǔn)鍵盤,顯示內(nèi)容包括文字、流水號、日期和圖形,可通過RS232串行口或usb接口與PC機(jī)和其它設(shè)備連接;CF卡接口可以接入8M-2G的CF卡。NAND Flash用作穩(wěn)定存儲;有JTAG接口用于調(diào)試;另有三個面板按鍵(確認(rèn)鍵、下移鍵、返回鍵)以及一個急停鍵單獨(dú)控制操作;支持多國語言菜單等。由于采用較高性能的處理器及相關(guān)外圍硬件設(shè)備,該系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議更加可靠、合理、易于擴(kuò)展;人機(jī)交互操作更加友好、方便;系統(tǒng)集成度更高、體積更小。該系統(tǒng)既可作為嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立工作。也可作為從屬功能設(shè)備由PC機(jī)進(jìn)行控制,以完成更復(fù)雜的工作。該系統(tǒng)有三種工作模式:獨(dú)立工作模式、聯(lián)機(jī)工作模式和維護(hù)工作模式。

在機(jī)電一體化項目中,經(jīng)常會遇到工件需做往返運(yùn)動或需精確定位等場合,這些項目采用步進(jìn)電機(jī)控制簡單易行。因此內(nèi)含步進(jìn)電機(jī)的嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)應(yīng)用廣泛,可用作氣動加工、激光加工、自動焊接等設(shè)備的控制系統(tǒng)。例如能在各種金屬或非金屬物體上打出文字圖形的機(jī)電一體化設(shè)備-打標(biāo)機(jī),應(yīng)用該系統(tǒng)可較大幅度地提高打標(biāo)的速度和精度;又如激光加工機(jī)床,它通過控制激光束和工件之間的相對位置來切割、打孔和熱處理各種零器件,采用該系統(tǒng)能充分發(fā)揮ARM處理器的性能。可提高精度的同時降低生產(chǎn)成本,是新式機(jī)床設(shè)計和老式機(jī)床改造的一條有效途徑。

一般來講有以下幾種:

常見的3.5寸板、PC104板、MINI-ITX、PICO-ITX、NANO-ITX、ETX等都屬于嵌入式主板的板型。

通常在主板上面會帶有:VGA接口(有的嵌入式主板會帶DVI、HMD、LVDS/TTL等顯示接口,LVDS/TTL用來接LCD顯示屏;945芯片組以上的主板還可以支持異步雙顯)、USB接口(低端主板一般只能接存儲使用U盤,主要看系統(tǒng)里面有沒有帶USB設(shè)配的驅(qū)動)、鍵盤/鼠標(biāo),并口、串口(一般帶有多個串口,很多設(shè)備還都是通過串口做控制、通信的)IDE接口(高端主板一般帶有SATA接口)、網(wǎng)口、GPIO口等等,通常還會帶有一個功能擴(kuò)展接口如:PC104、PCI104、MINI-PCI等類似的擴(kuò)展接口,存儲擴(kuò)展接口如:CF卡接口(低端主板還會帶有DOC接口)。

3.5"嵌入式主板系列體積僅相當(dāng)于3寸硬盤大小。(有板載CPU的低端主板,也有非板載的;主板一般都是可以支持Windows系統(tǒng)的,所以性能一般來講比PC104主板要高,常見的PC104主板一般都是上DOS的;有的主板上面不僅貼CPU除此還會板載內(nèi)存,128/256的都有,確實是ALL-IN-ONE。)

研為3.5寸主板-YW- EMB1047

PC104主板(主板一般都會板載CPU、板載內(nèi)存條、板載電子盤)很常見,有兩種規(guī)格:X86 和ARM�；�于X86的PC104主板很多產(chǎn)家再做,基本上都是低端上DOS系統(tǒng)的,不過也有例外,有產(chǎn)家可以上到PM1GHZ以上,當(dāng)然價格也超級貴了。PC104嵌入式主板跟其他主板一般,都是嵌入到設(shè)備里面做控制使用的,所以很多行業(yè)都可以使用。比如醫(yī)院里面使用的監(jiān)護(hù)儀、血液分析儀等等醫(yī)療設(shè)備,還有機(jī)車控制上面(株洲的一家大公司就是一個案例)。所以不僅僅用于軍工行業(yè)(軍工行業(yè)在中國國內(nèi)是沒有幾個產(chǎn)家能做的)。

MINI-ITX主板,由威盛創(chuàng)建規(guī)格,尺寸為17CM*17CM,集成度較高,成本低,多用于商業(yè)終端,如金融POS,KIOSK等。比較流行的是基于INTEL ATOM處理器的MINI主板,當(dāng)然很多是商用產(chǎn)家做的商用電腦板,價格非常的好,一般在500塊錢左右(1.6GHZ的主板 945芯片組,這里不多做介紹了。)

PICO-ITX主板,2007年,威盛發(fā)布了世界上最小的商務(wù)板型主板 EPIA® Pico-ITX,尺寸僅為10 cm x 7.2 cm。為使 x86 架構(gòu)應(yīng)用于此前由于空間原因無法實現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng),威盛 EPIA® Pico-ITX 為其它標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式主板或x86系統(tǒng)模塊提供了一個創(chuàng)新的平臺選擇。 主板尺寸小,只保留最基本的PC功能,擴(kuò)展性不大,便攜式或移動性較強(qiáng)設(shè)備!

NANO-ITX威盛Nano-ITX是高集成原生x86嵌入式平臺, 尺寸僅為 12 cm x 12 cm,比 Mini-ITX 板型還要小 50%。

ETX即Embedded Technology eXtended(嵌入式技術(shù)擴(kuò)展)的縮寫,是一種工業(yè)SOM(模塊系統(tǒng))應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn),其外形尺寸為114mm x 95mm。ETX模塊包括兩個部分:一個是ETX CPU模塊,另一個是ETX自定義載板。

ARM主板相對于X86主板的優(yōu)點(diǎn):

1、功耗:這是ARM主板最大的優(yōu)點(diǎn)之一,一般的VIA的X86主板,功耗都在40W左右或者以上,而ARM主板的功耗極低,如:微嵌的工業(yè)平板電腦(使用ARM架構(gòu)),在關(guān)掉背光情況下,其主板功耗整體也只有1W左右。

2、發(fā)熱:ARM主板不會發(fā)熱,主板溫度一般是常溫,因此可以一直長年累月開機(jī)在線工作,不會出現(xiàn)任何問題。而X86主板CPU必須配風(fēng)扇而且不能長期工作,否則主板產(chǎn)生的溫度會讓主板整體性能壽命降低。風(fēng)扇的工作壽命也會影響主板的壽命。

3、開機(jī)時間:ARM主板的開機(jī)速度非�？�,一般只有幾秒就可以了,而X86需要開機(jī)一段時間,Windows系統(tǒng)才會起來。

4、性能:目前來看,ARM主板的性能已經(jīng)越來越接近X86主板,甚至在某些方面超過了它。從視頻多媒體、數(shù)據(jù)通信等幾個方面,基本和X86類似。

5、工作時間和環(huán)境:ARM主板不受時間限制,可以一直開機(jī)工作,無須人員去維護(hù),而且在調(diào)電情況下,只要來電,那么就會自動啟動,無須人員去開機(jī)或者關(guān)機(jī),而X86主板卻要人員維護(hù),而且不能長期工作,否則會讓主板壽命大大降低。

環(huán)境:ARM主板一般都是工業(yè)極,不受環(huán)境影響,最低溫度可以在-20攝氏度左右,最高溫度可以在70攝氏度左右,而X86一般都不行。

6、數(shù)據(jù)安全性:ARM主板都采用高度集成方式,數(shù)據(jù)一般都放在Flash內(nèi)部,都是二進(jìn)制格式,外部無法直接拷貝內(nèi)部數(shù)據(jù)。而且最大的優(yōu)點(diǎn)是:目前ARM主板的系統(tǒng)都是WinCE系統(tǒng)或者Linux系統(tǒng),不會受病毒感染,客戶無須擔(dān)心病毒感染而導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄漏,尤其是一些對于數(shù)據(jù)安全性要求很高的場所。ARM主板非常適合而X86剛好相反,由于都采用了Windows XP、2000等常用系統(tǒng),而且采用了DOM盤或者硬盤,因此數(shù)據(jù)很容易被病毒感染或者被人偷取,因此安全性無法相比。

7、主板安全性:ARM主板的內(nèi)存以及所有芯片都采取了貼片方式,因此在周圍環(huán)境震動情況下,不會松動,而X86是采用了直插方式,比如內(nèi)存條和DOM盤等,因此一旦時間長久,就會出現(xiàn)松動情況從而影響系統(tǒng)運(yùn)行。

8、靈活性:ARM主板可以根據(jù)用戶的需要來進(jìn)行靈活配置,比如logo,內(nèi)存大小,系統(tǒng)驅(qū)動程序裁減,周圍芯片的裁減,系統(tǒng)軟件的加載等等,無論軟硬件都是非常靈活這樣也會大大降低客戶的成本和系統(tǒng)整體的維護(hù)成本和性能,而X86卻無法做到這一點(diǎn)。微嵌WinCE工業(yè)平板電腦完全可以根據(jù)用戶的需要來進(jìn)行配置。

9、價格:ARM主板目前價格都非常低,而且ARM主板已經(jīng)包含了內(nèi)存和存儲介質(zhì),無須外部購買配件,因此整體系統(tǒng)成本比X86價格要低很多。

ARM主板對于X86的缺點(diǎn):

1、最大缺點(diǎn)是目前ARM主板都是采用了Windows CE系統(tǒng)或者Linux系統(tǒng),因此對于很多客戶來說,原先采用了X86的平臺,目前要調(diào)整到ARM上來,必須對軟件平臺進(jìn)行重新編譯和調(diào)整,而且還要熟悉一下ARM的嵌入式平臺工作機(jī)制,因此會增加前期的開發(fā)工作量。微嵌的工業(yè)平板電腦采用ARM主板+Windows CE系統(tǒng)。使用VS2005VS2008 IDE編程,更接近于Windows XP程序開發(fā),包含C++、C#、VB.Net開發(fā)。也提供了相關(guān)的例程序,盡量減少XP平臺轉(zhuǎn)換為WinCE平臺帶來的麻煩。

2、另外一點(diǎn)是:目前國內(nèi)做ARM主板的廠家不多,不過隨著時間的推移,ARM主板的技術(shù)支持必定會跟上去。

結(jié)論:

通過上述比較,我們基本得出:采用嵌入式ARM主板來替換X86主板在很多地方 已經(jīng)是一種趨勢,如果客戶成本壓力,性能壓力,功耗,安全性等各個方面都有考慮的話,建議采用ARM主板。這樣盡管前期需要調(diào)整,但是和自己的產(chǎn)品總體比起來,這個應(yīng)該不會是問題。