嵌入式系統(tǒng)的規(guī)范發(fā)展回顧

后PC時代，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展風起云涌，波瀾壯闊。在這一歷史洪流中，眾多的嵌入式系統(tǒng)規(guī)范爭奇斗艷，各種嵌入式板卡令人眼花繚亂。伴隨著極大量標準軟硬件產(chǎn)品的支持，嵌入式PC架構(gòu)產(chǎn)品的應用已遠遠超出了臺式機范疇。那么，嵌入式系統(tǒng)的規(guī)范究竟經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展呢？

PC/104規(guī)范

自90年代以來，PC總線成為最為普及的總線標準之一，其應用已從臺式個人計算機擴展到工業(yè)控制、等領域。采用PC總線標準進行的系統(tǒng)的開發(fā)雖然可以獲得大量的軟件支持，但存在體積龐大、功耗高等缺點。

在嵌入式微機的應用中，由于標準PC、PC/AT 主板和擴充卡的巨大尺寸而受到了限制。為了給緊湊型的ISA（PC、PC/AT）總線結(jié)構(gòu)提供機械和電氣規(guī)范，一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線“PC/104”于1992年應運而生。 其小型化的尺寸（90x96mm）、極低的功耗（典型模塊為1-2瓦）和堆棧的總線形式（決定了其高可靠性），受到了眾多從事嵌入式產(chǎn)品生產(chǎn)廠商的歡迎。PC/104在嵌入式系統(tǒng)領域逐漸流行開來，被大量用于車載系統(tǒng)、機載設備、電力控制、、智能交通、通訊設備、視頻監(jiān)控、軍用電子裝備等領域。發(fā)展至今，PC/104嵌入式計算機衍生出PC/104（ISA）、PC/104+（ISA+PCI）和PCI-104（PCI）三個相關標準。

其實，早在PC/104規(guī)范誕生之前，1987年就產(chǎn)生了世界上第一塊PC/104板卡，由于其固有的優(yōu)點，在國際上制訂統(tǒng)一的規(guī)范之前，一直有許多廠商在生產(chǎn)類似的嵌入式板卡。到了1992年，由業(yè)界著名的RTD公司和AMPRO公司等12家從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的廠商發(fā)起，組建了國際PC/104協(xié)會，得到了全世界眾多廠商紛紛響應，從此PC/104技術的發(fā)展走上了康莊大道。

規(guī)范

隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和市場多樣化的需求，PC/104規(guī)范已經(jīng)無法全面滿足用戶的需求。作為對標準的補充，由Win、VersaLogic、Octagon 、/sys以及Ampro 等多家公司發(fā)起。規(guī)范為PC/104嵌入式板卡制造商提供了又一個優(yōu)秀的平臺。

規(guī)范（Embedded Platform for Industrial Computing Specification）的尺寸為4.5” x 6.5” ，大于PC/104規(guī)范的尺寸3.6” x 3.8”，小于EBX規(guī)范的尺寸5.75” x 8.0”。 EPIC（Embedded Platform for Industrial Computing）是一種標準的、開放的、可擴展的嵌入式單板計算機。規(guī)格為115x165mm，完全支持PC/104、PC/104+及PCI-104標準產(chǎn)品。

2005年1月，EPIC規(guī)范被PC/104協(xié)會正式接管。據(jù)悉，該協(xié)會曾于2004年4月正式接管了EBX規(guī)范，一直在板卡預留PC/104接口的EBX規(guī)范從此融入了PC/104家族。自此， EPIC和PC/104標準共存，在繼續(xù)保持緊湊結(jié)構(gòu)的同時，滿足嵌入式控制應用的不同需求。

SOM規(guī)范

早期的嵌入式單板強調(diào)的是高度集成的全功能，在有限大小的空間里實現(xiàn)計算機所必要的所有功能，以便符合設備商的需要，他們可以根據(jù)自己的產(chǎn)品選擇合適大小及功能的板卡，搭配功能模塊及應用軟件形成最終的產(chǎn)品。嵌入式廠商稱之為“All-In-One Solution”，即全功能板卡。這種平臺基本滿足應用的需要。

但是隨著嵌入式計算機的發(fā)展，眾多行業(yè)需要嵌入式的，更多的應用產(chǎn)生出來，可以說嵌入式無處不在。嵌入式單板只是平臺，不是最終產(chǎn)品，需要二次開發(fā)、需要增加系統(tǒng)功能模塊，需要特殊的設計滿足功能需要，更有部分應用由于種種問題需要將附加功能模塊直接集成到單板上來，規(guī)范需要重新設計、產(chǎn)品設計周期長等等問題。嵌入式廠家想到了解決的辦法—SOM，即將核心的計算機平臺模塊化，提供統(tǒng)一標準化的信號及結(jié)構(gòu)接口，在底板上實現(xiàn)功能接口及特殊設計。設備廠商只需要專注于自己的核心模塊開發(fā)，不用再為多樣的應用，繁多的功能需求發(fā)愁，要做的只是提供標準的計算機模塊。

當這種模塊化的作法，逐漸成為工業(yè)、嵌入式計算機廠商客戶的通用作業(yè)流程后，標準規(guī)范的制定就成為必要系統(tǒng)80% 的功能都集成在SOM。SOM的產(chǎn)生帶來了極大的市場沖擊，降低成本、降低開發(fā)費用、快速上市、設計靈活，高度符合客戶需求、能夠一次設計、多次升級，解決了客戶的痛苦。目前，SOM共有4個標準—SOM 144， SOM-ETX， SOM-XTX， SOM-EXPRESS。

ETX規(guī)范

計算機領域技術的革新和嵌入式技術的發(fā)展，使得處于壟斷地位的PC/104在實際應用中出現(xiàn)了諸如整板的無設計、相對更高的計算性能、更加豐富的擴展接口、良好的散熱設計理念以及更高的集成度等瓶頸。為了解決這些瓶頸，適應未來技術發(fā)展趨勢和市場需求， 2000年，控創(chuàng)首次推出了ETX（Embedded eXtended）規(guī)范和相關產(chǎn)品。

由于該規(guī)范從發(fā)布伊始就對所有廠家和用戶開放，所以成功取代了過去8年間嵌入式計算機領域的主流規(guī)范PC/104規(guī)范。ETX成為嵌入式計算領域“片上計算機模塊”的代名詞，市場也接受了“芯片PC”的概念。

ETX是一種工業(yè)SOM（模塊系統(tǒng)）應用的新標準，是嵌入式控制領域近年來得到推廣應用的標準之一。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。ETX外形尺寸為114mm x 95mm，集成了聲卡、顯示、網(wǎng)口、USB和標準I/O功能的CPU子系統(tǒng)。而千變?nèi)f化的接口部分和客戶特殊功能擴展則設計在任意形狀尺寸的載板上，ETX模塊通過4個的高密度與客戶載板連接。這樣的設計使得其擴展更加靈活，系統(tǒng)升級也輕而易舉，并且最大限度地減少連接。

COM 規(guī)范

從PC技術發(fā)展史來看，新技術不斷更替舊技術成為一種長期演變的規(guī)律和趨勢。相比前幾種規(guī)范，盡管ETX規(guī)范擁有很出色的優(yōu)點，但是仍然無法忽略周邊規(guī)范與新興的接口的不同。SDVO、LPC、、SATA、PCI 等都不在ETX的規(guī)范中。于是控創(chuàng)和英特爾聯(lián)合協(xié)會發(fā)起，在2005年推出了新的規(guī)范COM ，延伸了ETX現(xiàn)有規(guī)范，成為新一代的模塊化系統(tǒng)標準。該規(guī)范充分考慮了未來處理器的發(fā)展方向，其公開性、普及性和前瞻性都上了一個臺階。

與PCI/104設計概念不同，為尋得省空間與高性能需求間取得平衡，COM Express采用的是板卡與載板配對的方式架構(gòu)整套系統(tǒng)，加入了過去ETX所缺的SDVO、PCI Express等規(guī)范。該規(guī)范定義了主板尺寸，有Indexed Factor 155mm × 100mm與基本型 Factor 125mm × 95mm尺寸，的物理外觀統(tǒng)一為ROW AB/CD和2種，設計都是采220規(guī)劃。目前，該規(guī)范還有一加強版本，COM Express 。

值得一提的是，在COM Express發(fā)布之后，Ampro聯(lián)合研華推出了一個介于ETX和COM Express之間的過渡性規(guī)范XTX，初衷是針對已經(jīng)在使用ETX的用戶，尤其是不需要用到ISA總線的用戶，可以用到PCI 、SATA等新技術，是臨時的。這個規(guī)范與ETX的主要區(qū)別是將用于路由ISA總線的X2重新定義為一些高頻信號，其技術特點沒有COM Express豐富和先進，有其應用的需求，但沒有足夠的產(chǎn)品可供選擇，并不具備前瞻性。

Em-ITX規(guī)范

目前市場上常見的版型結(jié)構(gòu)有WTX、、AT、Baby-AT、ATX、 ATX、EBX、NLX、EPIC、EATX、WATX等。這些規(guī)范各具特點，但在排線、散熱、擴展等方面存在一些問題。而輕薄、排線合理，而且散熱性能優(yōu)秀的主板對于一些行業(yè)應用十分必要，例如工業(yè)、醫(yī)療、車載系統(tǒng)等。

針對以上板型存在的問題，以及數(shù)字廣告牌、信息查詢終端及其它有超薄嵌入式設備需求，2009年3月，作為在低功耗X86平臺的領導者，威盛電子推出了Em-ITX規(guī)范。該規(guī)范不但能減少傳統(tǒng)計算機架構(gòu)中因體積龐大與排線過多而造成的整線困難、系統(tǒng)內(nèi)部散熱不良，和排線維護不易等問題;同時又能夠容納更多的應用功能接口。

Em-ITX 是首款采用雙 I/O 海岸線（Coastline）設計的全新板型，適用于開發(fā)通用型可升級的超薄嵌入式設備。Em-ITX 比EBX 與Mini-ITX 的總面積減小了30%，提供了用戶高可靠性、高集成度的規(guī)范，它將成為未來超輕薄嵌入式設備的產(chǎn)品規(guī)范。

回顧嵌入式系統(tǒng)規(guī)范的發(fā)展道路，我們不難看到，嵌入式技術將會是社會發(fā)展的一種需求。信息時代、數(shù)字時代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，同時也對嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)正朝著人性化、網(wǎng)絡化、超低功耗、高集成度等方向發(fā)展。工程師們只有通過不斷地創(chuàng)新、整合新技術才能開發(fā)出適應市場不同的需求產(chǎn)品。