工控机总线技术的发展与应用
工控机总线包括STD总线、VME总线、PXI总线、PC104/PC104 Plus、PCMCIA总线、PMC总线、CompactPCI总线等。
一、STD总线
STD总线在1978年最早由Pro-Log公司作为工业标准发明的，由STDGM制为STD80规范，随后被批准为国际标准IEEE961。STD80／MPX作为STD80追加标准，支持多主（Multi-Master）系统，STD总线工控机是工业型计算机，STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O模板、低成本、低功耗、扩展的温渡范围、可靠性和良好的可维护性设计，使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。
STD总线工控机采用单片计算机（Computer-on-a-Chip）技术、可以继续提升All-In-On
自从1978年STD总线问世以来，STD总线工控机已经被证明是工业控制实现的主力军，随着拔术的进步，原来被工业用户所认同SID80标准已经难以满足要求。1990午9月，STD32MG公布STD32规范1.0版。STD32具有32位数据宽度，32位寻址能力，是工业型的高端计算机．STD32总线兼容STD80规范，产品可以互操作。
众所月知，总线的力量不在于其理论上多么先进，而在于为这种总线研制的OEM模板的数量和种类的丰富程度．STD32总线T控机由众多的OEM制造商支持，既可以采用已经投放市场的丰富的STD总线I／o模板，又可以采用由STD32产品制造商不断推向市场的STD32总线I/O模板，以及其他于PC兼容的资源，组成工业控制系统。STD32总线支持热切换和多主系统，满足工业控制冗余设计要求。
STD32总线在保留简单控制总线特点的同时，采用了今天的先进技术设计OEM产品，如80486和PENTIUM系列处理器技术。
现场实际商业运行表明：STD工控系统较为稳定，但其体系结构仍存在不足。STD工控机板采用“金手指”拔插，间或造成印制板边缘插头近处铜箔断裂或总线接触不良。模拟输入测量线和I/O信号线采用前端扁平电缆连接，使整个系统运行的可靠性受到潜在威胁。
二、VME总线
诞生于25年前的VME（VersaModule Eurocard）总线是一种通用的计算机总线，结合了Motorola公司Versa总线的电气标准和在欧洲建立的Eurocard标准的机械形状因子，是一种开放式架构。它定义了一个在紧密耦合（closely coupled）硬件构架中可进行互连数据处理、数据存储和连接外围控制器件的系统。经过多年的改造升级，VME系统已经发展的非常完善，围绕其开发的产品遍及了工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领域。
VME的数据传输机制是异步的，有多个总线周期，地址宽度是16、24、32、40或64位，数据线路的宽度是8、16、24、32、64位，系统可以动态的选择它们。它的数据传输方式为异步方式，因此只受制于信号交换协议，而不依赖于系统时钟；其数据传输速率为0～500Mb/s；此外，还有UnalignedData传输能力，误差纠正能力和自我诊断能力，用户可以定义I/O端口；其配有21个插卡插槽和多个背板，在军事应用中可以使用传导冷却模块。
因为是两种标准的结合，那么VME系统也可以被看作是两个部分。一个部分是它的机械构架，此部分决定着VMEbus 系统背板、前置面板和嵌入板的尺寸大小；而令一部分则是功能构架，它定义了系统的运转流程。
1 VME
VME机械构架中的主要部分为背板，是一个印刷电路板。它的大小有三种型号：3U（160mm×100mm）、6U（160mm × 233mm）和9U（367 mm× 400mm）。根据VME64x标准，VME系统中有三种连接器，它们分别是P0/J0、P1/J1和 P2/J2，“P”和“J”分别代表了PLUG和JACK连接器。P1/J1和P2/J2连接器有96个管脚，排列成三排，每排32管脚；P0/J0连接器则有95个管脚。3U型背板只具有P1/J1或P2/J2连接器，而6U型背板则同时具有J1和J2连接器。
2 VME
VME的功能构架可以说是由信号线，背板接口逻辑和功能模块所组成的。背板接口逻辑的性能是由背板上的一些特性所左右的，比如信号线阻抗、传播时间、终端数值等等。它和信号线是系统各部分之间的纽带。功能模块则是执行具体任务的电路集合。其中，主要的模块叫做主设备(master），其决定着数据传输的顺序；根据主设备数据传输情况而动作的模块叫做从设备（slave），负责监控数据传输目标地址的模块被称为定位监控设备。此外，还有发出中断请求和处理中断请求的模块，判定和处理其他模块请求的仲裁模块。当然，还少不了发出时钟信号的模块和监控系统电源工作情况的模块。
这些模块虽然各有分工，但是要想集体配合，还需要总线的支持。VME系统的总线分为四大类：数据传输总线、数据传输仲裁总线、优先中断总线和通用总线。数据传输总线是一个高速异步平行数据传输总线，能传输数据和地址信号。主设备、从设备、中断模块和中断处理模块通过其进行两两交换数据。另外两个模块，总线时钟（bus timer）和JACK 菊花链驱动器也通过数据传输总线参与数据处理工作。数据传输仲裁总线是为确保在特定的时间内只有一个模块占用数据传输总线而设定的。工作在其上的请求模块和仲裁模块将负载协调各模块发出的指令。仲裁模块处于背板的第一个插槽内，决定哪个主设备将优先使用总线资源。具体的判定方法包括了优先权算法、round-robin算法和其他排序算法。
优先权中断总线是处理各模块中断请求的总线。各种中断请求在VME中被分成了7个等级，根据等级的高低，它们依次对信号线进行中断工作。
最后一个总线是通用总线。所谓通用总线就是负责系统的一些基本工作，包括对时钟的控制、初始化、错误检测等任务的总线。它由两条时钟线、一个系统复位线、一个系统失效线、一个AC失效线和一个串行数据线构成。
各模块是以平行结构分布的，所有的数据和指令通过系统底层的4类总线进行传输，信号的模式是TTL电平信号。
VME
VME64
随着周边技术的发展，VME系统的升级在所难免。于是在1995年，VME总线的新一代架构VME64脱颖而出。相对于传统的VME系统，VME64加大了传输带宽，拓展了地址空间和方便了板卡插拔。它将6U板的数据线宽和地址范围扩展到了64位，给3U板提供了32位和40位地址模块，传输带宽达到了80Mb/s，增加了总线锁定周期，增加了第一插槽探测功能，加入了对热插拔的支持。
VME64 extension
VME64扩展集是1997通过的新标准，它又被称为VME64x。它增加了一个160管脚连接器系列（按5行排列），还在P1/J1和P2/J2之间加入了一个P0/J0 连接器，另外新增设了一个3.3V电源管脚。该系统新增的两个边缘总线循环则把数据速率提高到160 Mb/s。此外，还增加了EMC前置面板和ESD功能。
VME320
VME320最大的改进可能是采用了星型互连的方法来达到数据传输加速的目的。它采用了一种叫做2eSST的协议，这是一种信源同步传输协议，可将理论数据速率提高到320 Mb/s。不过VME320并没有得到广泛的支持。
其他从VME中派生出来的协议还很多，在这里就不一一介绍了。
VME
VME技术目前的优势在于多年的技术积累，其完备的规范和得力的技术支持能满足大部分客户的具体要求。此外，它的模块性也是一个非常大的优势，因为对于很多的嵌入式系统来说，加入额外的I/O是常有的事，而VME能很好的满足这一特点。VME提供了21个扩充插槽，而且新加入的模块并不影响系统的整体性能。
不过，VME毕竟是诞生于25年前的技术，很多用户就对VME在带宽方面的进展不太满意。因为在这个海量数据的时代，带宽是一个压倒性的指标。不过，厂商们并未对VME丧失信心，他们在想尽一切办法来延长VME的寿命。SBS公司推出的VXS标准和VITA（VME国际贸易协会）开发的VPX标准就是一种新的尝试。VXS为引用交换结构创造了条件，而VPX则将开关结构信号速率提升到了6.25Gb/s。与此同时，许多VME总线背板开始使用PMC（PCI Mezzanine Card）插槽，以便能直接使用PCI板卡。制造商们还吸取了PCI板卡的构造因素，来让VME板卡跟上行业的步伐。
VME的成就是众所公认的，但要想在未来的10年重新焕发活力，制造商们还要继续的努力。对于这种非常有弹性的技术，悄然的衰落可能不会是多数人所愿意看到的。
三、PXI总线
PXI总线体系结构
自1986年美国国家仪器公司（National Instruments Corp.简称NI）推出虚拟仪器（Virtual Instruments,简称VI）的概念以来，VI这种计算机操纵的模块化仪器系统在世界范围内得到了广泛的认同与应用。在VI系统中，用灵活、强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件，用人的智力资源代替许多物质资源，特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的解析，使仪器中的一些硬件、甚至整件仪器从系统中“消失”，而由计算机的软硬件资源来完成它们的功能。但是，在GPIB、PC-DAQ和VXI三种VI体系结构中，GPIB实质上是通过计算机对传统仪器功能的扩展与延伸；PC-DAQ直接利用了标准的工业计算机总线，没有仪器所需要的总线性能；而第一次构建VXI系统尚需较大的投资强度。
1997年9月1日，NI发布了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范——PXI。 PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation), 它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体系结构。制订PXI规范的目的是为了将台式PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种主流的虚拟仪器测试平台。
PXI这种新型模块化仪器系统是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足试验和测量用户的要求。PXI规范在CompactPCI机械规范中增加了环境测试和主动冷却要求以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。PXI 将Microsoft? Windows NT? 和Microsoft? Windows 95?定义为其标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带有按VISA规范编写的WIN32设备驱动程序， 使PXI成为一种系统级规范，保证系统的易于集成与使用，从而进一步降低最终用户的开发费用。
1 PXI机械规范及其特性
由CompactPCI规范引入的Eurocard坚固封装形式和高性能的IEC连接器被应用于PXI所定义的机械规范，使PXI系统更适于在工业环境下使用，而且也更易于进行系统集成。
1.1 与 CompactPCI共享的 PXI机械特性
PXI提供了两条与CompactPCI 标准兼容的途径:
1.1.1 高性能IEC连接器
PXI应用了与CompactPCI相同的、一直被用在象远距离通讯等高性能领域的高级针-座连接器系统。这种由IEC-1076标准定义的高密度（2mm间距）阻抗匹配连接器可以在各种条件下提供尽可能好的电气性能。
1.1.2 Eurocard机械封装与模块尺寸
PXI和CompactPCI的结构形状完全采用了ANSI 310-C、IEC-297 和 IEEE 1101.1 等在工业环境下具有很长应用历史的Eurocard规范。这些规范支持小尺寸(3U=100mm?160mm)和大尺寸(6U=233.35mm?160mm)两种结构尺寸。IEEE1101.10 和 IEEE1101.11等最新的Eurocard 规范中所增加的电磁兼容性(EMC)、用户可定义的关键机械要素、以及其它有关封装的条款均被移植到PXI规范中。这些电子封装标准所定义的坚固而紧凑的系统特性使PXI产品可以安装在堆叠式标准机柜上，并保证在恶劣工业环境中应用时的可靠性。
图2-28 所示的是PXI仪器模块的两种主要结构尺寸及其接口连接器，其中，J1 连接器上定义了标准的32-bit PCI总线，所有的PXI总线性能定义在 J2 连接器上。PXI机箱背板上包括可连接 J1 和 J2 连接器的所有 PXI 性能总线，对仪器模块来讲, 这些总线可以有选择地使用。
图2-29是用于说明一个完整PXI系统的基本组成部分。PXI 规定系统槽(相当于 VXI 的零槽)位于总线的最左端，而 CompactPCI 系统槽则可位于背板总线的任何地方。PXI 规范定义唯一确定的系统槽位置是为了简化系统集成，并增加来自不同厂商的机箱与主控机之间的互操作性。PXI 还规定主控机只能向左扩展其自身的扩展槽，不能向右扩展而占用仪器模块插槽。
1.2 新增加的电气封装规范
除了将 CompactPCI 规范中的所有机械规范直接移植进PXI规范之外，为了简化系统集成， PXI还增加了一些 CompactPCI 所没有的要求。如前所述，PXI 机箱中的系统槽必须位于最左端，而且主控机只能向左扩展以避免占用仪器模块插槽。PXI 还规定模块所要求的强制冷却气流流向必须由模块底部向顶部流动。PXI 规范建议的环境测试包括对所有模块进行温度、湿度、振动和冲击试验，并以书面形式提供试验结果。同时，PXI 规范还规定了所有模块的工作和存储温度范围。
1.3 与CompactPCI的互操作性
如图2-30所示，PXI的重要特性之一是维护了与标准 CompactPCI 产品的互操作性。但许多 PXI 兼容系统所需要的组件也许并不需要完整的 PXI 总线特征。例如，用户或许要在 PXI 机箱中使用一个标准 CompactPCI 网络接口模块，或者要在标准 CompactPCI机箱中使用 PXI 兼容模块。在这些情况下，用户所需要的是模块的基本功能而不是完整的 PXI 特性。
2 PXI规范的电气性能
表2-7 PXI与VXI总线面向仪器领域的扩展性能比较
参考时钟 触发线 星形总线 局部总线
VXI 10 MHz ECL 8 TTL & 2 ECL 仅 D 尺寸系统 12 线
PXI 10 MHz TTL 8 TTL 每槽一根 13 线
许多仪器应用场合需要而 ISA 总线 、 PCI 总线或 CompactPCI 背板总线所没有的系统定时能力， PXI 总线通过增加专门的系统参考时钟、触发总线、星形触发线和模块间的局部总线来满足高精度定时、同步与数据通信要求。PXI 不仅在保持 PCI 总线所有优点的前提下增加了这些仪器特性，而且可以比台式 PCI计算机多提供三个仪器插槽，使单个 PXI 总线机箱的仪器模块插槽总数达到7个。
PCI总线与VXI 总线面向仪器领域的扩展性能比较参见表2-7。
2.1 参考时钟
PXI规范定义了将10MHz参考时钟分布到系统中所有模块的方法。该参考时钟可被用作同一测量或控制系统中的多卡同步信号。由于PXI严格定义了背板总线上的参考时钟，而且参考时钟所具有的低时延性能使各个触发总线信号的时钟边缘更适于满足复杂的触发协议。
2.2 触发总线
如表2-7所示，PXI 不仅将 ECL 参考时钟改为 TTL 参考时钟，而且只定义了 8 根 TTL 触发线，不再定义 ECL 逻辑信号。这是因为保留 ECL 逻辑电平需要机箱提供额外的电源种类，从而显著增加 PXI 的整体成本，有悖于 PXI 作为21世纪主流测试平台的初衷。
使用触发总线的方式可以是多种多样的。例如，通过触发线可以同步几个不同 PXI模块上的同一种操作，或者通过一个 PXI 模块可以控制同一系统中其它模块上一系列动作的时间顺序。为了准确地响应正在被监控的外部异步事件，可以将触发从一个模块传给另一个模块。一个特定应用所需要传递的触发数量是随事件的数量与复杂程度而变化的。
2.3 星形触发
PXI 星形触发总线为 PXI 用户提供了只有 VXI D尺寸系统才具有的超高性能（Ultra-high performance）同步能力。如图2-31所示，星形触发总线是在紧邻系统槽的第一个仪器模块槽与其它六个仪器槽之间各配置了一根唯一确定的触发线形成的。在星形触发专用槽中插入一块星形触发控制模块，就可以给其它仪器模块提供非常精确的触发信号。当然，如果系统不需要这种超高精度的触发，也可以在该槽中安装别的仪器模块。
应当提出，当需要向触发控制器报告其它槽的状态或报告其它槽对触发控制信号的响应情况时，就得使用星形触发方式。PXI 系统的星形触发体系具有两个独特的优点：一是保证系统中的每个模块有一根唯一确定的触发线，这在较大的系统中，可以消除在一根触发线上组合多个模块功能这样的要求，或者人为地限制触发时间。二是每个模块槽中的单个触发点所具有的低时延连接性能，保证了系统中每个模块间非常精确的触发关系。
2.4 局部总线
如图2-31所示，PXI局部总线是每个仪器模块插槽与左右邻槽相连的链状总线。该局部总线具有13线的数据宽度，可用于在模块之间传递模拟信号，也可以进行高速边带通讯而不影响PCI总线的带宽。局部总线信号的分布范围包括从高速TTL信号到高达42V的模拟信号。
2.5 PCI性能
除了PXI系统具有多达八个扩展槽（一个系统槽和七个仪器模块槽），而绝大多数台式PCI系统仅有三个或四个PCI扩展槽这点差别之外，PXI总线与台式PCI规范具有完全相同的PCI性能。而且，利用PCI-PCI桥技术扩展多台PXI系统，可以使扩展槽的数量理论上最多能扩展到256个。其它的PCI性能还包括
① 33MHz性能
② 32-bit和64-bit数据宽度
③ 132MB/s(32-bit) 和264MB/s(64-bit)的峰值数据吞吐率
④ 通过PCI-PCI桥技术进行系统扩展
⑤ 即插即用功能
3 软件性能
像其它的总线标准体系一样，PXI定义了保证多厂商产品互操作性的仪器级（即硬件）接口标准。与其它规范所不同的是PXI在电气要求的基础上还增加了相应的软件要求，以进一步简化系统集成。这些软件要求就形成了PXI的系统级（即软件）接口标准。
PXI的软件要求包括支持Microsoft Windows NT 和95 (WIN32) 这样的标准操作系统框架，要求所有仪器模块带有配置信息（configuration information）和支持标准的工业开发环境（如NI的LabVIEW、LabWindows/CVI和Microsoft的VC/C++、VB和Borland的C++等）、而且符合VISA规范的设备驱动程序（WIN32 device drivers）。
对其它没有软件标准的工业总线硬件厂商来说，他们通常不向用户提供其设备驱动程序，用户通常只能得到一本描述如何编写硬件驱动程序的手册。用户自己编写这样的驱动程序，其工程代价（包括要承担的风险、人力、物力和时间）是很大的。PXI规范要求厂商而非用户来开发标准的设备驱动程序，使PXI系统更容易集成和使用。
PXI规范还规定了仪器模块和机箱制造商必须提供用于定义系统能力和配置情况的初始化文件等其它一些软件要求。初始化文件所提供的这些信息是操作软件用来正确配置系统必不可少的。例如，通过这种机制，可以确定相邻仪器模块是否具有兼容的局部总线能力。如果信息不对或者丢失，将无法操作和利用PXI的局部总线能力。
4 结束语
基于CompactPCI工业总线规范发展起来的PXI系统可以从众多可资利用的软、硬件中获益，如运行在PXI系统上的应用软件和操作系统就是最终用户在通常的台式PCI计算机上所使用过的软件。PXI通过增加坚固的工业封装、更多的仪器模块扩展槽以及高级触发、定时和边带通讯能力更好地满足了仪器用户的需要。
四、PC104
PC/104(pc104)是一种嵌入式的总线规范。提到PC/104，我们就必须提及著名的ISA总线，因为这二者之间有着天然的联系。
1981年，美国IBM公司制造出了世界上第一台个人计算机——PC机，与此同时，IBM提出了PC总线（PC/XT总线），这是一种8位总线。1984年，提出PC/AT总线，这是一种16位总线。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Industry Standard Architecture ）总线。1987年IEEE正式制订了ISA总线标准。
PC/104(pc104)是ISA(IEEE-996)标准的延伸。1992年PC/104作为基本文件被采纳，叫做IEEE-P996.1兼容PC嵌入式模块标准。PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。IEEE-P996是ISA工业总线规范，IEEE协会将它定义IEEE-P996.1，PC/104实质上就是一种紧凑型的IEEE-P996，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。其小型化的尺寸（90x96mm），极低的功耗（典型模块为1－2瓦）和堆栈的总线形式(决定了其高可靠性)，受到了众多从事嵌入式产品生产厂商的欢迎，在嵌入式系统领域逐渐流行开来。截止目前，全世界已有200多家厂商在生产和销售符合PC/104规范的嵌入式板卡。
实际上，早在PC/104规范诞生之前，1987年就产生了世界上第一块PC/104板卡，由于其固有的优点，在国际上制订统一的规范之前，一直有许多厂商在生产类似的嵌入式板卡。到了1992年，由业界著名的RTD公司和AMPRO公司等12家从事嵌入式系统开发的厂商发起，组建了国际PC/104协会，得到了全世界众多厂商纷纷响应，从此PC/104技术的发展走上了康庄大道。1992年，Intel提出了PCI总线，将总线频率提高到了33MHZ。1997年2月PC/104协会根据PC技术的发展形势，由其技术委员会牵头，主持制订了PC/104+总线，2003年11月PC/104协会技术委员会又制订了PCI-104总线。
从PC/104技术的发展历史中可以看出，PC/104来自于“群众”，来自于实践发展的需要，并且自身在随着PC技术的发展而不断地发展。从实践中来，有着众多厂商的支持，使得PC/104技术具有天然的旺盛生命力。
后PC时代，嵌入式系统的发展风起云涌，波澜壮阔。在这一历史洪流中，众多的嵌入式系统规范争奇斗艳，各种嵌入式板卡令人眼花缭乱。但从目前PC/104的号召力和众多的厂商支持来看，其在嵌入式领域举足轻重的地位还没有哪一种规范能够企及。我们相信，在国际PC/104协会的带领下，PC/104技术的发展前景必将无限光明。
PC/104的优点
小尺寸
PC/104的板卡标准尺寸为90mmX96mm（比一本新华字典还要小很多，而传统桌面PC系统的板卡尺寸为315mmX122mm），这样小的尺寸使得PC/104、PC/104+和PCI-104模块板成为了嵌入式系统应用的理想产品。
开放的高可靠性的工业规范
PC/104、PC/104+和PCI-104产品在电气特性和机械特性上可靠性极高，功耗低，产生热量少。板卡与板卡之间通过自堆栈进行可靠的连接，抗震能力强。全世界有超过200家公司使用这些开放的规范来生产和销售各种PC/104模块板。
模块可自由扩展
PC/104模块具有灵活的可扩展性。它允许工程师互换及匹配各种功能卡，可随系统的需求而升级CPU的性能。增加系统的功能和性能只需通过改变相应的模块即可实现。
低功耗
4mA的总线驱动电流，即可使模块正常工作，低功耗有利于减少元件数量。各种插卡广泛采用VLSI芯片、低功耗的ASIC芯片、门阵列等，其存储采用大容量固态盘（SSD）。
堆栈式连接
这种结构取消了主板和插槽，可以将所有的PC/104模块板利用板上的叠装总线插座连接起来。有效减小整个系统所占的空间。
丰富的软件资源
与PC系统兼容的操作系统、开发工具、应用软件都可以运行在PC/104系统中。这使得用户可以随时利用无处不在的PC系统丰富的软件资源，从而降低软件购买、学习、培训等方面的成本。此外，在许多PC/104系统的设计中，大量的实时操作系统已经被成功地应用。
大大简化系统设计的复杂性
通过使用PC/104、PC/104+和PCI-104模块，用户可以将精力集中于末端系统设计及功能设计上。不用为CPU及其外围器件之间的复杂接口关系花费时间。PC/104模块的“（plug-together-write-application-software）”设计方法确保了设计者面向市场的最快响应速度。
总之，PC/104凭借紧凑的外形、成熟的标准体系结构、专业设计、专业生产带来的高可靠性，将广大硬件工程师引入了一个更高的层次，标准的PC兼容体系结构大大减少了软件工程师的工作量。模块化、通用化的系统更易于维护、易于扩展、易于系列化、易于升级。大大减少了重复学习、重复开发的成本。
PC/104技术的未来发展前景
今天，PC/104、PC/104+、PCI-104产品已经被广泛应用于商业、工业、航空以及军用等领域，其在商业及商用现货领域作为嵌入式系统理想解决方案的这一主导地位，已经得到大家的一致认可。“堆栈型PC”已经被证明是一种能够广泛应用于各种场合的坚固的、可靠的及高性价比的嵌入式系统解决方案。所有这一切决定了PC/104产品的发展前景无限光明。众多厂商及广大用户对“堆栈型PC”的青睐使得PC/104产品能够方兴未艾，并且长久不衰。由于PC/104系统与传统PC系统的兼容，并且具有丰富的开发工具和软件资源，使其成了广大用户最喜欢的选择。
其它的嵌入式系统规范总是试图切入PC/104的市场，然而它们与生俱来的先天不足限制了它们的广泛应用。CompactPCI是一种了不起的嵌入式标准，但却具有昂贵的连接器和背板；PMC的局限性在于它只允许一块附加插卡；其它一些采用大板卡的规范由于使用插卡式内存，对系统的可靠性带来了致命的影响。
PC/104具有非常灵活的模块化配置功能。开发者可以根据自己的需求，准确选择他们所需要的功能模块，用于构建自己的系统，还可以为系统配备极其坚固的外壳。用PC/104模块构建的系统体积非常小巧，但功能却十分强大。PC/104模块板的功能十分丰富，包括CPU、I/O、DSP、无线网络以及GPS等等。用户在桌面PC系统中能够找到的每一种功能，都可以在PC/104系统中实现，并且软件也易于配置。PC/104系统可以运行DOS、Windows以及众多的实时操作系统，这些特点使得PC/104系统的软硬件配置实现起来非常容易。
PC/104的未来将如何发展？回顾一下它的成长历史，也许我们能够从中找到答案。
1992年，PC/104规范在最初发布的时候，ISA总线在桌面PC中的应用已经超过了10年。在这十年时间里，ISA总线被证明是一种非常成熟的技术。ISA总线的下一代替代技术也正呼之欲出。PC/104的出现，为广大嵌入式系统制造商提供了一种全新的选择，极大地拓展了他们产品设计制造的范围。桌面PC市场也正在不断变化，EISA、Micro-Channel、VL及PCI都是当时下一代总线的有力竞争者。
然而，EISA和Micro-Channel很快就退出了竞争。早在80年代后期，VL总线和PCI总线互相竞争得难解难分时，PC/104总线诞生了，它采用了成熟的ISA总线技术。到了1997年，PCI总线已经在和VL总线的竞争中大获全胜，PC/104+规范适时诞生，在定义中增加了对PCI总线的支持。堆栈型PC又一次采用了已经证明的成熟的技术。今天，堆栈型PC已经将ISA和PCI总线集于一身。而当桌面PC丢掉ISA总线时，堆栈型PC又适时迎来了PCI-104。当然，这只是刚刚开始，在未来的嵌入式系统领域，更新的技术仍将会被堆栈型PC按照它特有的方式所采纳。
五、PCMCIA总线
PCMCIA： Personal Computer Memory Card International Association，PC机内存卡国际联合会的缩写，是一个有300多个成员公司的国际标准组织和贸易联合会，该组织成立于1989年，目的是建立一项集成电路国际标准，提高移动计算机的互换性。这种计算机要求强度高，能耗低，尺寸小，而且对这几条性能的要求都很高。
随着便携式计算机系统（含笔记本、亚笔记本、掌上型以及PDA）的广泛应用，对便携式扩展设备的要求也越来越迫切。在扩展卡标准制定之前，计算机能采用的周边设备（如插卡式内存和Modem等）通常都是专用的，不可换成其他厂家的类似产品。许多象Modem这样的设备更是只能插入一台特定型号的计算机，即便同厂出品的其他型号也不能使用。通常，这些周边设备并不设计成可与其他计算机互换，而是作为一种固定设计提供，只适合最初装配的那种计算机。
因此，我们需要一种通用的扩展方法，为寻求一种工业标准，几家卡商于 80年代后期创立了“个人计算机存储卡国际协会”（PCMCIA），规定了内存卡的物理设计方案、计算机插槽设计方案、电气接口以及相关软件。制订自己的标准时，PCMCIA采纳了“日本电子工业开发协会”（JEIDA）的一些设计思想。这两个组织都一直致力于推动现在称为“PC卡”的国际标准。事实上，该标准最新的版本已集成了PCMCIA和JEIDA，使产品间的兼容性有了进一步的提高。PC卡现已应用于多种场合，其中包括几种类型的RAM内存、预编程ROM卡、Modem、声卡、软盘控制器、硬盘驱动器、CD-ROM和SCSI控制器、全球定位系统（GPS）卡、数据采集卡、LAN卡、传呼机等等。还处在发展初期，PCMCIA市场就显示出蓬勃发展的气象。
PCMCIA标准使PC卡能在多种类型的计算机中使用，无论它采用的是何种微处理器。 PC卡不仅可以插到计算机上，亦可用于其他数字化设备，如测试仪器、数码成像设备及工业控制器等等。系统制造商、周边设备制造商、零售商和系统用户均可从中获益。 当前有三种PC卡标准，它们的长宽都是85.6×54mm2，但厚度不一样：Type I是最早的3.3mm厚卡； Type Ⅱ将厚度增至5.0mm；Type Ⅲ则进一步增大厚度到10.5mm。一段时间以来，Type I几乎只在内存设备中应用。但最近Modem 和其他设备也开始相继采用Type I标准。 Type Ⅱ是当今最占优势的一种尺寸，用于大多数设备。更厚的Type Ⅲ卡则主要用于微型硬盘驱动器，这种驱动器已变得越来越普遍。由于这三种卡共用同样的总线连接器，所以较薄的卡可顺利安装到为较厚的卡设计的插槽。
PCMCIA标准的问世已有些时日，目前已出至第三版。其间进行了大量必要的变动与改进，以适应系统和PC卡制造商不断变化的需求。 PCMCIA标准的发展已完全超出了最初定义内存卡的范围，现在包括的外设类型有:1.存储器类:硬盘驱动器、内存卡;2.接口类:CDROM/DVD接口、并串口、扩展接口卡;3.网络通信类:以太/令牌网卡、无线/红外局域网卡、Modem卡、ISDN卡、移动电话卡;4.多媒体类:声卡、视卡、游戏摇杆卡、电视/广播接收卡、视讯会议卡等。最早的版本是1.0，建立的标准主要面向类似现在的RAM卡那样的内存卡。2.0到2.1版则增加了“卡和插槽服务” （Card and Socket Servicevices）软件规范、ATA和AIMS规范（ATA是“AT附件”的简称，涉及PC卡上的IDE驱动器接口；AIMS则是“自动索引海量存储”的简称，是一种在PC卡上保存图像和多媒体数据的标准，通常用于照／摄像技术）。最新的PCMCIA版本实际叫作“PC Card Specification”（PC卡规格），有时也不十分恰当地称为“3.0版”。这一版本提供了对DMA（直接内存存取）、更高速多媒体应用、即插即用、多功能卡以及CardBus的支持。这一版本也允许用3.3伏的逻辑电压设计PC卡和系统。由于能节省电池供电设备的能源， 3.3伏逻辑电平日趋流行。PCMCIA标准的每一次新发布，都力求做到与老版本保持向后兼容。
CardBus对PCMCIA总线结构进行了重新定义和改进，但仍可回复到以前在第1和第2版制订的标准。CardBus的主要目的是将PCMCIA总线扩展到更高的速度，以便连接功能更强的设备，并提供对32位I/O及内存数据通道的支持。它包括了一个新的屏蔽总线连接器，且不可将CardBus卡插入为2.x或更老版本设计的上一代系统。
六、PMC总线
PMC（PCI Mezzanine Card）总线：PMC(PCI Mezzanine Card )规范IEEE 1386 给出了mezzanine模块的标准。它提供了一种针对不同载板规格高性能价格比的实现I/O功能的方式。PMC标准是把PCI总线信号映像到P1386板卡上。单模块尺寸单（(74mm x 149mm)上的前突起部分用来接通I/O，通过标为P1、P2、P3、P4的四个联接头与载板上PCI互联。在PC系统中，PCI板是与主板成90度安装的，这样就占据大约5个插槽。但是，通过安装平面平行于主板的PCI卡并使用小型的薄形连接器，能把PCI板安装到VME/VXI或CompactPCI板上，并且只占用一个插槽。PMC带来了最新的中间技术，同时兼容PCI 技术。配合CPCI总线在电信行业中使用。
PMC-CPCI载板
七、CompactPCI总线
CompactPCI简称cPCI，中文又称紧凑型PCI，是国际PICMG协会于1994提出来的一种总线接口标准。它的出现解决了多年来电信系统工程师与设备制造商面临的棘手问题，将VME密集坚固的封装和大型设备的极佳冷却效果以及PC廉价、易采用最新处理能力的芯片结合在一起，保证了99.999%的高可靠度，极大降低了硬件和软件开发成本。目前PCI总线已成为了事实上计算机的标准总线。
CompactPCI所具有的开放性、高可靠性、可热插拔（Hot Swap），使该技术除了可以广泛应用在通讯、网络、计算机电话整和（Computer Telephony），也适合实时系统控制（Real Time Machine Control）、产业自动化、实时数据采集（Real-Time Da
早在1995年，香港塞德公司将具有优质、高效、低耗等优势的最新总线类产品Compact PCI推向中国市场，同时亦把美国PICMG协会的发展情况介绍到中国。我国工控界权威人士即达成共识：要跟踪高科技，保持与世界工控产品的同步运作，必须携手联合，优势叠加，共同研发，才能促进Compact PCI在我国的发展，使Compact PCI成为我国工控界的共用资源。
一、 中国工业计算机的发展
80年代初，我国在引进、消化吸收的基础上，经过技术创新，研制成功了STD总线工业计算机。STD工控机因具有灵活的组合方式、成本低、小板结构及广泛的兼容性等优点，自1984年国内开始从事开发和推广应用以来，被广泛地应用于钢铁冶金、石油化工、机电成套设备、医药食品、数控机床、工业炉窑等工业领域、以及军工和科研设备中。STD工控机型号众多，包括INTEL8088/80188、80286、80386、80486和NEC公司的V20、V40、V50等CPU类型的机型，其中以采用NEC公司V40芯片设计的V40系统最具代表性，该系统于1994年被率先成功地应用于水轮发电机——变压器组继电保护、水轮发电机励磁等电气二次成套装置中。现场实际商业运行表明：STD工控系统较为稳定，但其体系结构仍存不足。
STD工控机的不足：
l STD工控机板采用“金手指 ”拔插，间或造成印制板边缘插头近处铜箔断裂或总线接触不良。
l 模拟输入测量线和I/O信号线采用前端扁平电缆连接使整个系统运行的可靠性受到潜在威胁。
l 原类似STD5459型号的智能A/D采集板采集速度较慢；且板上四选一模拟开关、采样保持器软故障偶有发生。
l 随着WINDOWS窗口系统的使用习惯养成，用户已明显感觉到在LED方式下进行参数整定相当不方便，因为需要记忆过多的功能键。
l 原STD工控机由于考虑到通用性和可扩充性，造成许多系统“冗余” 、系统资源浪费。
在90年代以后，由于STD工控机的不足，以及需要满足不同应用领域的高性能、高可靠、高可用的经济型工业计算机的需求，STD总线的工控机逐渐被淘汰。90年代采用ISA和PCI总线的IPC取代STD开始得到应用和普及。但由于IPC的板级互连结构和机械结构的限制，引起诸多不可靠因素，如散热不合理、抗振动和冲击能力差、电磁兼容性等，从90年代末开始，发展势头变慢，而且市场占有率开始下降，逐渐退出高可靠性领域。
二、 CompactPCI技术
经过几年的发展，PCI总线以其优越的电性能获得了业界的一致认可。同时利用PCI总线的电性能，结合不同的机械结构，产生了各种各样的总线。
CPCI总线：将PCI总线与欧规卡的机械结构相结合，具有抗振性能好、高可用性等优点，而且可以支持热插拔(Hot Swap)、后走线(Rear IO)，目前在电信、军工、交通等领域正在得到广泛的应用。
PXI总线：在CPCI基础上加入同步时钟、触发等量测专用总线，在测量、控制领域正得到越来越多的应用。
PC104 Plus总线：将PCI总线与PC104板的机械结构相结合，具有效率高、维护量少、体积小型等特点，在各种嵌入式应用中很受欢迎。
PCMCIA总线：常用于笔记本电脑。
PMC总线：配合CPCI总线在电信行业中使用。
CompactPCI技术是在PCI技术基础之上经过改造而成，具体有三个方面：
一是继续采用PCI局部总线技术；二是抛弃IPC传统机械结构，改用经过20年实践检验了的高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求；三是抛弃IPC的金手指式互连方式，改用2mm密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力。
经过改造的CompactPCI工业计算机适合工业现场应用。由于具有热插拔和冗余设计能力，可以构建高可用性系统，满足电信、数字通信、军事装备以及其它高可靠领域的要求。目前CompactPCI技术是国际最先进的工业计算机技术。
近年来，电信技术发展迅猛。CPCI架构难以满足未来几年电信领域宽带技术的需求。因此，市场迫切需要发明新的交换技术，以满足日益增长的对具有每秒Terabits传输性能的开放式架构平台的需求。这就是新兴的PICMG 3.x—AdvancedTCA技术。
在今后的5-10年，CompactPCI总线与PICMG 2.16、AdvancedTCA在相互补充中并存。CompactPCI总线主要面向工业自动化应用，将逐渐取代VME和ICP，牢牢占据基础自动化和过程自动化层。而PICMG 2.16和AdvancedTCA将主要针对电信应用。
三、CompactPCI技术的应用
2001年11月21日，航天科技集团502所北京康拓公司研制的采用CPCI总线和AT96总线双总线结构的«APCI5000系列工控机»通过了航天科技集团组织的新产品技术成果鉴定。标志着中国有了自己的CompactPCI总线工控机平台。APCI5000的面世，无论是从技术上还是经济上都可以说是恰逢其时。从技术水平上提高了我国企业进入WTO以后的市场竞争力，对传统产业升级改造和优化产业结构，都具有十分积极的作用，对提高我国的国防实力都有十分重要的意义。
西安空军工程大学采用北京康拓公司生产的APCI5094(5x86-133MHz) CPCI总线工控机系统研制成功了进口战斗机地面测试设备，并通过了总装备部、空军组织的产品鉴定。
中国核动力研究院设计院采用康拓公司的CPCI产品研制了"九五"重点攻关项目"核电站数字化反应堆保护系统"原理样机，并通过了中国核工业集团公司组织的鉴定。
浙江绍兴精工集团采用北京康拓公司生产的CPCI工控机系统研制成功了国产化先进的"喷气"纺织机。
国产化的CPCI总线工控机在国内航天领域的《神通一号》卫星动量轮地面测试系统、《风云二号》气象卫星自旋线路系统测试设备、《东方红四号》通信卫星推进系统地面测试设备中也得到了成功应用。在这以前，由于没有国产高性能的工控机可用，我国卫星地面测试设备基本被进口设备所垄断，如VME总线和VXI总线测试设备
国产化的CPCI总线工控机在海军、电力、铁路、公路隧道等方面已经有数十家用户，产品已经被市场认可，并正在继续发展。
1998年，美国Marconi公司采用开放式架构CPCI工控机为美国空军F16 Fighting Falcon战斗机研制了第三代测试设备IAIS(Improved Avionics Intermediate Shop)。1990年的第二代IAIS采用的是VXI。
Alta Technology采用CPCI/VME混合系统，为部署在美国西南部的导弹测试基地研制测控设备。设备采集从各种电子对抗设施(ECM)传来的数据，处理后，确定目标(如雷达)。
美国海军正在将用于部署在China Lake和Pt. Magoo的QF4战斗机上的VME总线工控机升级为CPCI总线工控机系统，以增强电子对抗能力。
Excalibur Systems Inc．将CPCI工控机系统用在了军事运输机C-17上。
在欧美，CPCI工控机取代VME工控机，逐渐应用在空防、海防和陆地军事武器和航天地面测控设备上，如SBS Technologies的CR6 CPCI工控机系统等。
在电信领域CompactPCI/PICMG 2.16产品应用，目前主要集中在电信增值业务上，比如新一代声讯平台和虚拟运营等。华为、中兴和大唐已经采用CompactPCI/PICMG 2.16技术研制了一系列新产品，并得到了广泛的应用。
从1999年全球不足2000万美元的小行业，发展到2002年20亿美元的产业，预计在2003年将达到32亿美元，短短几年，CompactPCI技术走过了研制、生产、销售、应用、服务的历程，已经在国内形成了完整的运行体系，并保持着良好的发展势头，有效地推动着工业自动化、测量自动化和信息化产业朝着面向未来的标准化、网络化、开放性方向发展。
ANSI 310-C、IEC-297 和 IEEE 1101.1 等在工业环境下具有很长应用历史的Eurocard规范。这些规范支持小尺寸(3U=100mm´160mm)和大尺寸(6U=233.35mm´160mm)两种结构尺寸。IEEE1101.10 和 IEEE1101.11等最新的Eurocard 规范中所增加的电磁兼容性(EMC)、用户可定义的关键机械要素、以及其它有关封装的条款