Embedded Computing Bringt PCI-Express das Aus für PC/104?

Redakteur: Holger Heller

PC/104 ist zwar in die Jahre gekommen, hat aber immer noch seinen festen Platz in industriellen Anwendungen und Steuerungen. Bis jetzt konnte der Standard mit allen technologischen Veränderungen vom...

Firma zum Thema

( Archiv: Vogel Business Media )

PC/104 ist zwar in die Jahre gekommen, hat aber immer noch seinen festen Platz in industriellen Anwendungen und Steuerungen. Bis jetzt konnte der Standard mit allen technologischen Veränderungen vom ISA- bis zum PCI-Bus Schritt halten und sich entsprechend anpassen. Wie sieht es jedoch heute mit der Integration von PCI-Express auf PC/104 aus? Ist ein neuer Standard in Sicht und ist eine Lösung für PC/104 denkbar und machbar? Oder bedeutet PCI-Express das langfristige Aus für PC/104?

Bereits 1992 wurde PC/104 aus der Taufe gehoben und brachte die PC-Technologie in die industriellen Anwendungen und Steuerungen. Der PC/104-Standard nutzt den ISA-Bus als tragenden Systembus über den alle Systemeinheiten miteinander verbunden sind ähnlich wie Steck- oder Erweiterungskarten aus dem Standard-PC-Bereich zur damaligen Zeit. Bereits 1994 wurde der Standard um den PCI-Bus erweitert und im PC/104-Plus-Standard (Bild 1) festgeschrieben. Darin stehen sowohl der ISA-Bus als auch der PCI-Bus als tragender Systembus und damit für Systemerweiterungen zur Verfügung. Beide Stecksysteme benötigen ca. 30% der Boardfläche.

Bildergalerie

Steigende Komplexität führte zum PCI-104-Standard

Mit steigender Komplexität der Boards bei gleichzeitiger Konzentration auf den PCI-Bus führte dies 2004 zum PCI-104-Standard, bei dem im Vergleich zum PC/104-Plus-Standard der ISA-Bus entfällt. Für Anwendungen in denen weiterhin der ISA-Bus benötigt wird stehen entsprechende PCI-zu-ISA-Bridge-Boards zur Verfügung und erlauben so auch bei PCI-104-Lösungen den Einsatz von ISA-Erweiterungs- oder Applikationsboards. Heute unterstützen mehr als 100 Boardhersteller den PC/104-Standard und bieten für fast jede Anwendung eine entsprechende Lösung. Im Gegensatz zu anderen Lösungen ist der PC/104-Standard ein echter Standard und erlaubt so die garantierte Austauschbarkeit von Boards unterschiedlicher Hersteller und stellt somit auch eine langfristige Verfügbarkeit sicher. Aufgrund der weiten Verbreitung und umfassenden Anbieterpalette hat der PC/104-Standard seinen festen Platz im Markt und wird nicht so ohne weiteres durch andere System zu ersetzen sein. Kann der PC/104-Standard jedoch dem neuesten Markttrend mit PCI-Express folgen und eine Fortschreibung des Standards wie bisher in den Stufen PC/104 zu PC/104-Plus und schließlich zu PCI-104 folgen? Oder wird der PC/104 nur noch als Erweiterungsboard eingesetzt so wie heute schon bei SBCs im 3,5- oder 5,25-Formfaktor und steht nicht mehr als Komplettsystem zur Verfügung?Einschränkungen bei PC/104: Platzbedarf und KomplexitätWie bereits beim Schritt von PC/104-Plus nach PCI-104 zu erkennen ist, ist die im Standard vorgegebene Boardfläche eine der Einschränkungen für Lösungen im Hochleistungsbereich. Dies ist jedoch weiter nicht verwunderlich, da die Boardfläche mit 96 mm x 90 mm eine der kompaktesten Formfaktoren im Markt darstellt. So können heute Lösungen mit Pentium-M-CPUs nur unter Verletzung der im Standard vorgegebenen Boardfläche realisiert werden. Aber nicht nur der gestiegene Platzbedarf aufgrund der stark gestiegenen Performance mit entsprechenden Chipgrößen bringt Platzprobleme auch die immer höher integrierte Technologie mit immer mehr und komplexeren Schnittstellen stellt PC/104 heute bereits vor Probleme, alle Schnittstellenstecker noch auf dem CPU-Board zu platzieren. Integration mit PCI-Express, USB und Co.Selbst kompakteste Steckersysteme mit kleinsten Rastermaßen lösen nicht alle Probleme. Und wie sieht die Integration der neuesten Technologie und Schnittstellen mit PCI-Express, USB 2.0, SerialATA, SVDO und DDRII SDRAM Support aus? Können diese einfach integriert werden oder ist hier eine Erweiterung des PC/104-Standards notwendig? Das darin eingesetzte Steckersystem mit 2,54 mm Rastermaß ist sehr robust und damit bestens geeignet für den industriellen Einsatz. Wie sieht es jedoch mit den hohen Übertragungsgeschwindigkeiten neuerer Bussysteme aus? Kann der PC/104-Standard mit dem gleichen Steckersystem auch PCI-Express mit Übertragungsgeschwindigkeiten heute bis 2,5 GBit/s und im nächsten Schritt bis zu 5 GBit/s realisieren?Untersucht man die neuen Technologien und Schnittstellen, ist die Integration einzelner Technologien bereits in anderen Plattformen realisiert und sollte somit auch für den PC/104 Standard kein Problem darstellen. DDRII SDRAM Support ist im Wesentlichen auf dem CPU-Board zu lösen, da neben den höheren Übertragungsgeschwindigkeiten, kein höherer Platzbedarf zu DDR SDRAM besteht. Somit ist die Integration durch eine entsprechende Design-Anpassung zu realisieren. Serial ATA ersetzt in aller Regel die IDE-Schnittstelle und stellt auf dem Board nur einen anderen Stecker dar. Gleiches gilt für den Schritt von USB 1.0 nach USB 2.0, dessen Integration eine Designfrage ist und nicht ein Problem für PC/104. Auch die Integration von SVDO ist mehr eine Designfrage und eine Frage des Chipset-Supports. Und die Stärke des PC/104-Standards ist ja gerade die einfache Erweiterung mit weiteren Schnittstellen durch Zusatz- oder Erweiterungsboards. Selbst wenn der eingesetzte Chipsatz keine SVDO-Unterstützung bietet, es ist sicher mit einem Zusatzboard zu realisieren. Bleibt also PCI-Express. PCI-Express-Integration durch passendes SteckersystemAls Zusatzschnittstelle mit PCI-Express x1, x4, x8 oder x16 befindet sich ein weiterer Stecker auf dem CPU-Board, wie er heute bereits in Lösungen bei Slot-CPU-Karten oder Mainboards zu finden ist. Dies ist jedoch nicht der konsequente Weg der Nutzung der PCI-Express-Schnittstelle als Systembus. In der PC-Welt ist die Integration unter PICMG 1.3 bereits beschrieben. Wie geht der Weg von ISA zu PCI und weiter zu PCI-Express voran? Und wie sieht eine denkbare Busintegration in PC/104 aus oder wie könnte der nächste Standard im Bereich PC/104 mit dem PCI-Express-Systembus aussehen? Die Stärken des PC/104-Standards liegen in der durchgängigen Kompatibilität der Systeme untereinander und das sollte auch bei einer Weiterentwicklung des Standards beibehalten werden. PCI-Express benötigt ein passendes Steckersystem Auf Grund der hohen Übertragungsgeschwindigkeit bei PCI-Express ist es notwendig, ein passendes Steckersystem zu finden. Dies sollte die hohen Geschwindigkeiten ermöglichen und gleichzeitig die Anforderungen der Anwendungen nach hoher Robustheit und Zuverlässigkeit beim Einsatz in einer rauen Umgebung erfüllen. Das System sollte zukunftssicher sein und auch die Realisierung der nächsten PCI-Express-Generation ermöglichen. Optimal wäre ein kleineres Rastermaß, was zusätzlich das Platzproblem mindern würde. Der einfachste Weg und der erste Lösungsansatz ist sicher der Einsatz eines weiteren Bussteckers, wie es bereits auf dem Weg von PC/104 nach PC/104-Plus praktiziert wurde.Soll dieser Stecker neben den Steckern für ISA- und PCI-Bus integriert werden, basiert die Weiterentwicklung also auf dem PC/104-Plus-Standard, oder gibt es nur PCI- und PCI-Express-Bus, also die Weiterentwicklung des PCI-104-Standards? Aus heutiger Sicht spielt der ISA-Bus keine wesentliche Rolle mehr und könnte wie bei PCI-104 bereits praktiziert entfallen. Vorteil ist das größere Platzangebot auf dem Board im Vergleich zum ersten beschriebenen Lösungsansatz und wie o.g. ist die ISA-Schnittstelle über ein entsprechendes PCI-zu-ISA-Board jederzeit zu realisieren. Am sinnvollsten erscheint eine Lösung mit PCI-Steckersystem wie bisher, womit die Kompatibilität im System gewährleistet bleibt und an Stelle des ISA-Bussteckers der entsprechende PCI-Express-Stecker tritt. Dann könnte in einem weiteren Entwicklungsschritt des Systems der PCI-Stecker entfallen und damit Platz schaffen für mehr Funktionalität auf dem Board. Dies gäbe die Möglichkeit eine quasi Passiv-Backplane-ähnliche Brücke zu bilden, in dem auf der einen Seite alle PCI-Boards angesteckt sind und auf der anderen Seite alle neuen PCI-Express-Boards.

Bringt eine höhere Integration neue Möglichkeiten für PC/104?Viele Kombinationen sind denkbar und technologisch machbar, jedoch sicher aber nicht sinnvoll im Hinblick auf eine Optimierung des Systems. Oder sind völlig andere Lösungen denkbar? Bringt eine höhere Integration neue Möglichkeiten für PC/104?Ein denkbarer Name für den neuen Standard für PC/104 mit PCI-Express könnte in Anlehnung an die Namensgebung in anderen Technologie-Plattformen mit PCI-Express der Begriff PCE-104 sein. Eine Vision für die nächste Generation des PC/104-Standards mit Integration von PCI-Express berücksichtigt die wesentlichen Anforderungen des Marktes: kompakt und hochintegriert, langfristig verfügbar und kompatibel. Neben den o.g. Lösungen wäre eine höhere Integration mit einer Integration von PCI und PCI-Express auf einem Steckersystem denkbar. Eine ähnlichen Systemansatz bietet der Stackable-Computer-Anbieter Advantech mit der Systemschnittstelle MIO-160 (Bild 2). Hier liegen neben dem PCI- und PCI-Express-Bus weitere Systemschnittstellen auf einem 160-poligen hochintegriertem Steckersystem, das die Anforderungen an ein Stecksystem für PCI-Express und den Einsatz in einer industriellen Umgebung erfüllt.Eine endgültige Lösung für den PC/104-Standard mit PCI-Express als Systembus wird sicher kommen, es ist jedoch notwendig noch viele Expertenmeinungen zusammenzutragen. Dies ist die Stärke eines Konsortiums und führt schließlich zu einem tragfähigen Standard. Und im Vergleich zu COM-Express ist eine PC/104-Lösung bereits eine sofort einsetzbare Lösung und benötigt nicht die Entwicklung eines Applikationsträgerboards, wie dies bei COM-Express der Fall ist. Für Anwendungen mit kleineren und mittleren Stückzahlen ist der PC/104-Weg für den Anwender einfacher und günstiger. Und in jedem Fall äußerst kompakt.AdvantechTel. +49(0)89 125990

(ID:178915)