ПК / 104 «встраиваемый ПК», стандартная версия 20

В этом году исполняется 20 лет со дня запуска спецификации PC / 104, в которой представлен стандартизированный способ встраивания функций, совместимых с ПК, в широкий спектр инструментов, устройств и приложений.

ПК / 104 предыстория

Корни PC / 104 берут свое начало 25 лет назад, с появлением Ampro в 1987 году своего первого одноплатного компьютера (SBC) с форм-фактором «Little Board», совместимого с ПК.

Цель Ampro в разработке Little Board / PC состояла в том, чтобы облегчить разработчикам недорогую и надежную интеграцию функций «встроенного ПК» в оборудование для сбора и управления данными, медицинские инструменты, системы для торговых точек и другие специализированные устройства.

Электрическая схема Little Board / PC была основана на NEC V40, первом чипе VLSI, который интегрировал 8086-совместимый ЦП вместе с полным набором системных контроллеров ПК на одном кристалле.
Физически дизайн платы должен был соответствовать существующему формату SBC «Little Board» Ampro, который соответствовал 5,25-дюймовому месту на диске (см. Фото ниже).


Little Board / PC и его CGA-совместимый графический модуль

Поскольку в V40 отсутствовал встроенный графический контроллер, и с учетом жестких пространственных ограничений форм-фактора SBC (5,75 x 8,0 дюймов) команда разработчиков решила внедрить графическую подсистему на компактном (3,6 x 3,8 дюйма) дочернем модуле.
Этот модуль, называемый MiniModule / CGA, взаимодействовал с SBC через 64-сигнальный вариант шины IBM PC, который Ampro определил для этой цели.


Крупные планы Little Board / ПК SBC и MiniModule / CGA

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

Как видно выше, в 64-контактной шине ПК для Little Board используется верхний мужской разъем, в который MiniModule / CGA вставлен вверх дном.
Прямоугольный проходной заголовок шины на дочернем модуле позволил дополнительно расширить шину ПК.
Таким образом, дочерний графический модуль полностью укладывается в вертикальную оболочку платы.

Чтобы добавить гибкости системе, Ampro создала несколько дополнительных адаптеров расширения для Little Board / PC (показано ниже).


Добавление карт ввода-вывода в стиле ПК или нескольких мини-модулей

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

StackPlane / PC позволил добавить одну плату расширения для настольного ПК, а StackPlane / MM предоставил два дополнительных расположения стека MiniModule.
Оба адаптера подключались к шине расширения Little Board / PC с помощью короткого 64-контактного ленточного кабеля;
они также могут быть последовательно подключены к MiniModule / CGA.

Обновление до совместимости с ПК / AT

Поскольку IBM / PC заменила оригинальный ПК на настольном компьютере, Ampro начала разработку серии PC / AT-совместимых плат.
Поскольку шина расширения IBM PC / AT была надстройкой исходной шины IBM PC, новые конструкции требовали дополнительного (40-сигнального) разъема шины.
В результате разъем «розетка и розетка» ПК Little AT теперь состоял из двух разъемов (P1 и P2), в общей сложности 104 контакта.

Первыми платами, построенными на 104-контактной штыревой шине Ampro PC / AT, были Little Board / 286, / 386 и / 486 (на фото ниже).


ПК / AT-совместимая плата Little Board / 286, / 386, / 486

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

Вы, возможно, заметили, на этих фотографиях, что эти ранние PC / AT-совместимые платы были разработаны с прямым, а не «проходным» разъемом для P2-части их шин PC / AT.
Кроме того, все ранние платы Ampro для ПК и совместимые с PC / AT имели разъемы расширения мужской шины, в то время как в современном форм-факторе EBX (преемник форм-фактора Ampro Little Board) используются верхние разъемы внутренней шины расширения, что приводит к тому, что модули расширения располагаются справа друг от друга. вместо перевернутой сверху процессорной платы.

Первый в мире модуль ввода / вывода PC / 104

В 1989 году Ampro представила свой первый модуль ввода / вывода, оснащенный недавно разработанным 104-контактным вариантом шины заголовка PC / AT.
MiniModule / ATDisk (показанный ниже) можно использовать для добавления интерфейса привода IDE на Little Board / 286 или / 386.


MiniModule / ATDisk

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Будучи первым MiniModule, в котором реализован как 3,6 x 3,8-дюймовый форм-фактор, так и 104-контактная шина PC / AT, эта простенькая плата оказалась первоначальным предком очень успешного рынка модулей ввода / вывода PC / 104.
Конечно, многочисленные мутации произошли между тогда и сейчас.

Как и SBC Little Board, к которому он подключен, MiniModule / ATDisk имел прямоугольный разъем шины P2, который через короткий 40-жильный ленточный кабель соединялся с соответствующим разъемом на соответствующей SBC Little Board.
MiniModule / ATDisk также был первым модулем, который был построен со сквозным 64-контактным разъемом P1, что облегчало укладку одного из мини-модулей контроллера дисплея Ampro поверх него, в результате чего получился компактный и прочный стек из трех плат.

Подставка комплектного ПК или ПК / АТ в форм-фактор MiniModule

С набором микросхем x86, обеспечивающим все более и более высокий уровень интеграции, Ampro приступила к амбициозному проекту по внедрению полной архитектуры ПК и ПК / AT в форм-фактор MiniModule.
Результатом стал бы убедительный набор лего-подобных строительных блоков для быстро развивающихся высококомпактных, наращиваемых, надежных встроенных систем.

Этот проект завершился введением серии из трех SBC размером с MiniModule, названных «CoreModules», начиная с 1990 года с запуском ComreModule / XT.
Модули были оснащены процессорами NEC V20, AMD 286LX и Intel 386SX соответственно (ниже).


CoreModule / XT, / 286, / 386

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

Приглашение соавторов и конкурентов

Как только Ampro анонсировала свои CoreModules, постоянный поток заказчиков и поставщиков плат ввода / вывода IBM PC начал запрашивать информацию о том, как создавать сторонние платы ввода / вывода, совместимые с MiniModule.
Устройства реального времени и Diamond Systems разработали модули ввода-вывода данных в форм-факторе MiniModule в этот ранний период.

К середине 1991 года растущий интерес к концепции модульных встраиваемых модульных ПК Ampro вдохновил компанию на превращение запатентованного форм-фактора и наращиваемого варианта шины PC / AT со штырь-розеткой в ​​открытый отраслевой стандарт, не требующий лицензионных отчислений или других ограничений. ,

Соответственно Ампро…

  • Все основные механические и электрические характеристики собраны в одном сжатом документе
  • Назван стандарт «ПК / 104»
  • Включил консорциум PC / 104 в качестве некоммерческой торговой ассоциации
  • Переданное право собственности на имя PC / 104 и стандарт Консорциуму

(Между прочим, название «PC / 104» было навеяно неясным приложением к спецификации шины IBM PC IEEE P996, в котором предлагался вариант платы расширения для ПК с 96-сигнальной картой Eurocard под названием «PC / 96».)

Затем Ampro приступила к подготовке к запуску PC / 104 на ежегодной выставке BUSCON, которая состоится в начале 1992 года. Среди целей было собрать как минимум 10 компаний, чтобы присоединиться к Консорциуму PC / 104 и принять участие в выпуске новостей (см. Ниже). ).


EE Times покрытие PC / 104 запуска

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Продолжая эволюцию

По мере того как шина Intel Intel закрепилась в настольных ПК, Ampro разработала шину встроенного PCI для использования на своих SBC и модулях ввода / вывода PC / 104 и предложила результирующую спецификацию консорциуму PC / 104 после того, как она разработала продукты на основе новый стандарт.
Результат был известен как «PC / 104-Plus» (см. Ниже).


PC / 104-Plus добавил PCI к оригинальной спецификации PC / 104

(нажмите на картинку, чтобы увеличить; источник: Консорциум PC / 104)

С ростом использования PCI Express в настольных ПК консорциум PC / 104 разработал версии своего встроенного стандарта на основе PCIe, названные «PCIe / 104» и «PCI / 104-Express». Диаграмма консорциума, иллюстрирующая этапы эволюции PC / 104, от 16-битной шины PC / AT до PCI Express, показан ниже.


Эволюция встроенных стандартов PC / 104

(источник: консорциум PC / 104)

Все вышеперечисленные воплощения PC / 104 до сих пор находятся в производстве и служат «мозгом» встроенных вычислений миллионов инструментов и устройств.

Дальнейшая информация

Для получения дополнительной информации о PC / 104 посетите веб-сайт Консорциума PC / 104 .
Многие стандарты организации на базе ПК / 104 доступны для загрузки здесь .

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

(Издатель HardLinux Рик Лербаум (Rick Lehrbaum) был одним из основателей и техническим директором Ampro Computers с 1983 по 1999 год; кроме того, он основал и в течение многих лет возглавлял консорциум PC / 104. Версия этой статьи первоначально появилась на тему «PC / 104 и малые форм-факторы». Сайт журнала.)