構(gòu)建還是購(gòu)買電路板?由于存在廣泛的形式變化，這通常是一個(gè)艱難的決定，尤其是當(dāng)規(guī)格說(shuō)明中往往包含尺寸、重量和功耗要求時(shí)。

　　大型系統(tǒng)通常采用PC或基于背板的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這些系統(tǒng)使用板級(jí)外形規(guī)格，如Compact PCI、VME(Versa Module Eurocard)和虛通道交叉連接(VPX)。較小的設(shè)計(jì)應(yīng)采用更緊湊的外形規(guī)格。解決方案范圍可以從對(duì)供應(yīng)商而言獨(dú)特的外形規(guī)格到大量由不同機(jī)構(gòu)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。

　　PC/104聯(lián)盟制定了帶指令集架構(gòu)(ISA)總線的傳統(tǒng)PC/104外形規(guī)格。這個(gè)組織的最新規(guī)范包含PCI Express等高速串行接口(參見(jiàn)“An EPIC Tale: PC/104 Hitches On To PCI Express”)。

　　同樣地，微型化技術(shù)推廣聯(lián)盟(SFF-SIG)定義了SUMIT，全稱為可堆疊統(tǒng)一模塊接口技術(shù)(參見(jiàn)“SUMIT Brings Big Improvements In Small Packages”)。PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)(PICMG)不但擁有從Compact PCI到AdvancedTCA的眾多標(biāo)準(zhǔn)，還開(kāi)發(fā)出一種名為COM Express的緊湊型計(jì)算機(jī)模塊外形規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。

　　微型模塊

　　Gumstix公司擁有一系列基于德州儀器(TI)OMAP處理器(參見(jiàn)“OMAP ARMed With Cortex”)的微型模塊(參見(jiàn)“A Pack of Gumstix”)。這些模塊只有4.2mm高，帶兩個(gè)70引腳的AVX連接器(圖1)。

　　Gumstix公司甚至用自己的Stagecoach產(chǎn)品構(gòu)建了一個(gè)7節(jié)點(diǎn)的簇(參見(jiàn)“A Cluster of Gumstix”)。Stagecoach具有一個(gè)100Mbps的以太網(wǎng)接口，在完全配置(圖2)情況下功耗不到20W。

　　像Overo這樣的小型模塊通常不需要散熱器，因?yàn)樗鼈児姆浅Ｐ?。有時(shí)散熱器也能派上用場(chǎng)，就像在Digi公司的一種Rabbit Core模塊：MiniCore RCM5600W 上見(jiàn)到的那樣(參見(jiàn)“What Microcontroller Is Best?”)。

　　RCM5600W擁有一個(gè)74MHz的Rabbit 5000 16位微控制器，該控制器帶128kB的片上SRAM，模塊(圖3)上有額外的1MB SRAM。RCM5600W還支持802.11b/g Wi-Fi和802.11i安全性。其外形是一塊52引腳的Mini PCI Express卡，但模塊使用自己的引腳輸出，且不支持PCI Express。

　　采用與其它設(shè)備相同的外形規(guī)格是一種常見(jiàn)的方法，這使得可以復(fù)用連接器技術(shù)和成本效率。例如，Eurotech公司的Quantum具有一個(gè)144引腳的小外形雙列存儲(chǔ)器模塊(SO-DIMM)邊緣連接器(圖4)。

　　這個(gè)67.6mm×50mm的模塊裝有一個(gè)520MHz的Marvell XScale PXA270處理器和64MB的SDRAM。它的功耗不到1.5W并包含許多接口，還加入了對(duì)TFT/STN/LVDS平板顯示器的支持和AC’97音頻控制器。

　　Logic PD是一家工業(yè)設(shè)計(jì)公司，提供種類廣泛的模塊和開(kāi)發(fā)工具。該公司的AM1808 SOM-M1(圖5)采用了TI的Sitara ARM AM1808微處理器(參考“ARM9 Micros Target Industrial and Medical Apps”)。

　　與許多模塊一樣，AM1808 SOM-M1將互連線隱藏在電路板下方。該模塊還集成了大量外設(shè)和存儲(chǔ)器，包括LCD控制器、100BaseT以太網(wǎng)、高達(dá)8MB的NAND閃存，以及SATA(串行高級(jí)技術(shù)附件)和MMC/SD(多媒體卡/存儲(chǔ)器件)接口，所有器件都安裝在一張30mm×40mm的卡上。

　　InHand Electronics公司的Fury電路板只有手掌大小，帶有一個(gè)LCD顯示器(圖6)。這塊電路板安裝有TI的達(dá)芬奇DM3730視頻處理器和1GHz的Sitara AM3703 ARM處理器。Fury電路板也可以不帶LCD和外殼直接供貨。

　　有好幾種方法可以用來(lái)提供強(qiáng)大的計(jì)算能力。多核和多處理器模塊只是其中的一種。Opal Kelly公司的XEM-3050模塊是利用Spartan 3 FPGA (圖7)實(shí)現(xiàn)的。該模塊還使用了64MB的SDRAM、9MB的SRAM和1MB的SPI(串行外設(shè)接口)串行閃存。

　　微型模塊的這種小型集成僅僅是小試牛刀。雖然大多數(shù)供應(yīng)商使用標(biāo)準(zhǔn)連接器，但針對(duì)這些微型模塊的大部分外形規(guī)格對(duì)某個(gè)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)都是獨(dú)一無(wú)二的。一些模塊可能看起來(lái)很相似，但不同的引腳輸出使得它們不可互換。今后，尺寸的增大將導(dǎo)致母板上處理器過(guò)多。

　　小型母板

　　像ITOX公司基于Core i7的CP100-NRM這樣的Micro-ATX和Mini-ITX設(shè)備，可支持雙路DVI顯示器和HDMI，是汽車和流水線(圖8)上使用的緊湊型平臺(tái)的理想之選。

　　這些小型母板利用PCI和PCI Express卡提供了擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)。CP100-NRM擁有一個(gè)PCI Express/PCI插槽以及兩個(gè)千兆以太網(wǎng)端口、六個(gè)USB端口、四個(gè)串口等。這種母板還能夠運(yùn)作Core i5和Celeron P4500處理器。

　　威盛電子(Via Technologies)公司的Nano-ITX和Pico-ITX也非常流行。120mm×120mm的Nano-ITX尺寸要小于Mini-ITX和Micro-ATX板，并且經(jīng)常不需要使用擴(kuò)展插槽。

　　Fanless公司的Nano-ITX電路板與艾默生網(wǎng)絡(luò)能源(Emerson Network Power)公司基于Atom的NITX-300一樣，主要用于機(jī)頂盒等應(yīng)用。艾默生電路板實(shí)際上同時(shí)集成了一個(gè)x1 PCI Express插座和一個(gè)Mini PCI Express插座，而且支持千兆以太網(wǎng)、SATA和音視頻處理。

　　尺寸較小的Pico-ITX通常單獨(dú)使用，但Pico-ITXe集成了一個(gè)SUMIT連接器。AcessIO公司的Pico-ITXe數(shù)據(jù)采集模塊在這種小型尺寸的基礎(chǔ)上作了擴(kuò)展，因?yàn)镻C類型的PCI和PCI Express(圖9)插槽不適合這種小尺寸。

　　PC/104是一種典型的堆疊式系統(tǒng)，但它只是眾多可堆疊解決方案的初始方案(參考“Playing The Board Game: Stack’em, Pack’em, And Rack’em”)。PC/104電路板使用ISA總線。這種總線和連接器允許處理器板位于堆疊架構(gòu)的頂部、底部或中間。

　　這種平臺(tái)支持并衍生出一系列相關(guān)的母板外形規(guī)格，如顯式并行指令計(jì)算(EPIC)、EPIC Express和可擴(kuò)展嵌入式板卡(EBX)，它們使用一種或多種PC/104堆棧架構(gòu)的變化形式進(jìn)行擴(kuò)展。

　　許多新標(biāo)準(zhǔn)的推出使一些傳統(tǒng)外形規(guī)格也煥發(fā)出新的光彩。WinSystems公司的EBC-Z5xx是一種EBX型的母板，但它將一對(duì)SUMIT連接器改裝為除了支持PC/104 ISA擴(kuò)展外，還能提供對(duì)PCI Express的支持，這也是SUMIT-ISM布局(圖10)的一部分。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊(ISM)實(shí)質(zhì)上就是PC/104。

　　這些可堆疊系統(tǒng)可以處理6個(gè)或6個(gè)以上的模塊，但典型堆棧尺寸只有1.5個(gè)電路板大小，這是因?yàn)槟赴逋ǔＲ峁┧璧耐庠O(shè)支持。擁有擴(kuò)展能力通常就足夠了，但許多系統(tǒng)還采用了大量的擴(kuò)展板。

　　USB是在機(jī)箱內(nèi)越來(lái)越流行的另一種裝置，可以用來(lái)連接處理器和外設(shè)。Micro/sys公司甚至還推出了一種堆疊式USB標(biāo)準(zhǔn)，叫做StackableUSB(參考“USB Thinks Inside The Box”)。小型版本的StackableUSB電路板尺寸只有PC/104電路板的四分之一(圖11)。

　　當(dāng)然，USB擴(kuò)展不必堆疊。電纜解決方案即使在機(jī)箱內(nèi)部也是一種可行的選項(xiàng)。USB設(shè)備可以做到像Toradex公司的OAK USB傳感器(圖12)那樣小。這些傳感器從USB電纜獲取電源。

　　尺寸再大一點(diǎn)就是像AcessIO公司的電路板(參考“USB Module Provides 96 or 48 Digital I/Os”)。與大多數(shù)USB設(shè)備一樣，它們?cè)跈C(jī)箱外部同樣工作得很好。AcessIO公司為大部分USB電路板提供金屬外殼，以便于機(jī)箱外使用。雖然電路板之間要通過(guò)USB電纜連接，但這些電路板同樣能在機(jī)箱內(nèi)部堆疊起來(lái)。

　　此外，還有大量專有的可堆疊外形規(guī)格。波士頓電機(jī)(Boston Engineering)公司的FlexStack就是一個(gè)微型堆疊架構(gòu)的例子(參考“Make Or Buy: Module Mania”)。飛思卡爾(Freescale)公司的Tower系統(tǒng)則是另一個(gè)例子，雖然它被嚴(yán)格設(shè)計(jì)為一個(gè)開(kāi)發(fā)和原型創(chuàng)建平臺(tái)(參考“What Microcontroller is Best?”)。

　　讓我們?cè)倩氐綐?biāo)準(zhǔn)規(guī)格領(lǐng)域看看吧。

　　COM模塊

　　COM Express是擁有大量支持者的一種計(jì)算機(jī)模塊(COM)外形規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，它涵蓋帶有公共連接器配置的眾多外形規(guī)格。事實(shí)上，PICMG已經(jīng)定義了許多組合。標(biāo)準(zhǔn)COM Experss電路板尺寸為125mm×95mm，而microETXexpress版本的尺寸是95mm×95mm。

　　Kontron公司的nanoETXexpress以最小的COM Express外形規(guī)格著稱，尺寸為55mm×84 mm(圖13)。它使用了Intel公司最新的1.6GHz E6xx“Tunnel Creek”Atom處理器(參見(jiàn)“Tunnel Creek Takes A Number”)。

　　E6xx能夠很好地配合圍繞PCI Express設(shè)計(jì)的COM Express。它提供四個(gè)1x PCI Express通道，而不使用專有的前端總線。該芯片在可堆疊的PCI Express外形規(guī)格中已經(jīng)嶄露頭角。

　　COM Express并不是唯一的多供應(yīng)商COM標(biāo)準(zhǔn)。像Portwell公司的PQ7-M100G這樣的Qseven模塊可以從許多其他供應(yīng)商處獲得，包括ITOX、congatec AG、Advantech和DFI(圖14)。

　　Qseven可以插入堅(jiān)固的移動(dòng)PCI Express模塊(MXM)連接器。邊緣連接器、安裝孔和冷卻板連接需占70mm×70mm大小的區(qū)域。

　　外設(shè)電路板

　　PC/104等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)處理器和外設(shè)使用相同的外形規(guī)格。COM電路板通常插入定制母板，再由母板提供與外部和其它外設(shè)的連接。

　　在上網(wǎng)本和筆記本電腦中經(jīng)?？梢钥吹较馦ini-PCI和Mini-PCI Express這樣的外設(shè)卡外形規(guī)格。它們通常用來(lái)提供無(wú)線通信和GPS功能。當(dāng)然，它們也能在其它場(chǎng)合派上用場(chǎng)，Mini-PCI和Mini-PCI Express連接器已經(jīng)應(yīng)用在許多母板上。

　　串行外設(shè)擴(kuò)展(SPX)是來(lái)自Versalogic公司的另外一種外形規(guī)格。SPX電路板通過(guò)菊花鏈?zhǔn)降腟PI(圖15)連接。這種連接使用標(biāo)準(zhǔn)的14引腳帶狀電纜，或者電路板可以插入母板上的連接頭。

　　理論上，SPX模塊可以與帶有SPI的任何微型規(guī)格一起使用。在實(shí)際應(yīng)用中，它們通常用于Versalogic公司的單板計(jì)算機(jī)中，如EBX Sidewinder或PCI-104 Wildcat。

　　最初由Diamond Systems公司開(kāi)發(fā)的FeaturePak是一種新的外設(shè)規(guī)格(參考“Module Packs I/O Features”)。Diamond Systems公司的SUMIT/FP適配器被設(shè)計(jì)用于支持FeaturePak模塊(圖16)。

　　這種模塊尺寸為43mm×65mm，是特別針對(duì)像PC/104和Themis Nano-ATR這類電路板而設(shè)計(jì)(參見(jiàn)“Shootout At The VPX Corral”)。FeaturePak可以處理高達(dá)100個(gè)I/O引腳，而且可以通過(guò)模塊中常用的PCI Express、USB或I2C接口訪問(wèn)該設(shè)備。

　　開(kāi)發(fā)板

　　開(kāi)發(fā)板不太可能用于生產(chǎn)系統(tǒng)，但它們能構(gòu)建出流行的原型平臺(tái)。這些開(kāi)發(fā)板包括采用TI雙內(nèi)核OMAP3平臺(tái)的BeagleBoard，這個(gè)平臺(tái)帶有600MHz的 Cortex-A8和C64+ DSP(參見(jiàn)“Open Source Bites Board”)，以及帶有基于ARM9和C674x DSP 的OMAP-L138的HawkBoard(圖17)。這些開(kāi)發(fā)板可以訪問(wèn)所有外設(shè)端口，如Beagleboard的HDMI顯示器。一些擴(kuò)展板還在不斷推出。

　　至于更緊湊的平臺(tái)，開(kāi)發(fā)人員可以采用恩智浦半導(dǎo)體(NXP)的mbed(圖18)。這種售價(jià)為59美元的微型模塊圍繞NXP的LPC1768 Cortex-M0微控制器構(gòu)建，可以插入40引腳的插座(參見(jiàn)“Cortex-M0 MCU Challenges 8- And 16-Bit Micros Across The Board”)。目前市場(chǎng)上已提供好幾種基板。

　　如果你想找便宜貨，那就試試意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)公司售價(jià)10美元的STM32 Discovery套件(圖19)。這個(gè)模塊比mbed要稍大一點(diǎn)，但能完整訪問(wèn)24MHz、64引腳的STM32F100RBT6B微控制器。該芯片帶有128kB的閃存。幾乎一半的模塊專門用于基于USB的ST-Link調(diào)試接口。

　　內(nèi)置USB調(diào)試接口和免費(fèi)開(kāi)發(fā)軟件是這些開(kāi)發(fā)板共有的幾項(xiàng)特性。這些開(kāi)發(fā)板至少提供了掌握微控制器的一個(gè)良好途徑。

　　有一件事非常明確，就是電路板的選擇范圍很大。雖然這不一定意味著選擇起來(lái)會(huì)更加輕松，但它確實(shí)表明可能會(huì)有一個(gè)選項(xiàng)更符合你的設(shè)計(jì)需求。