CN210488539U - 一种高通用性工控机母板 - Google Patents
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Abstract
一种高通用型工控机母板，包括设置在母板上的电源插槽、网络交换插槽、***插槽和多个混合插槽；所述电源插槽连接外部AC220V输入，同时输出一组CPCI电源，所述CPCI电源为***插槽、网络交换插槽和多个混合插槽供电；所述***插槽输出至少一路通信总线连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信；***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe交换机，通过PCIe交换机连接多个混合插槽的PCIe总线；***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe转PCI桥接器，通过PCIe转PCI桥接器连接多个混合插槽的CPCI总线。本实用新型在不减少CPCI插槽数量的基础上，增加母板对PCIe高速总线板卡的兼容性。
Description
技术领域
本实用新型属于工控机领域，具体涉及一种高通用性工控机母板。
背景技术
CPCI具有高开放性、高可靠性、可热插拔的特点，使该技术广泛应用在通信、网路、计算机及实时***控制、产业自动化、实时数据采集等应用领域，目前大多数工控机母板均采用CPCI的总线方式。PCIe是一种最新的总线和接口标准，相对与CPCI总线，PCIe具有更高的数据传输速率，最高可达10GB/s，其带宽相比CPCI也有很大提高。由于各领域应用对通信速度及带宽要求越来越高，对PCIe总线的需求也越来越多。
现有工控机母板多为单一CPCI总线设计，为了兼容PCIe总线，部分工控机母板会把其中一个或几个插槽单独设计为PCIe总线插槽，以兼容PCIe总线接口板卡。
目前的工控机母板主要存在如下弊端：
1)单CPCI总线插槽，兼容性差，无法满足外部设备对于PCIe总线要求。
2)标准机箱宽度有限，将单个或几个插槽设计为PCIe总线，会占用母板插槽位置，减少外部扩展板卡数量。
3)单个插槽只有CPCI或PCIe总线，没有辅助总线可用，限制了用户自定义板卡的使用。
实用新型内容
本实用新型提供一种兼容性更好的母板，以解决现有技术存在的问题。
本实用新型采用以下技术方案：
一种高通用型工控机母板，包括设置在母板上的电源插槽、网络交换插槽、***插槽和多个混合插槽；
所述电源插槽连接外部AC220V输入，同时输出一组CPCI电源，所述CPCI电源为***插槽、网络交换插槽和多个混合插槽供电；
所述***插槽输出至少一路通信总线连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信；
***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe交换机，通过PCIe交换机连接多个混合插槽的PCIe总线；
***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe 转 PCI 桥接器，通过PCIe 转 PCI 桥接器连接多个混合插槽的CPCI总线。
进一步，所述电源插槽包括电源插槽Ⅰ和电源插槽Ⅱ，电源插槽Ⅰ输出一组CPCI电源为***插槽、网络交换插槽和多个混合插槽供电，电源插槽Ⅱ输出多路直流电源信号给混合插槽。
进一步，所述***插槽输出一路千兆以太网接口与母板连接，通过母板连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信。
进一步，所述混合插槽包括12个， ***插槽输出两条PCIe总线，每条PCIe总线连接一个PCIe交换机，每个PCIe交换机连接6个混合插槽的PCIe总线；***插槽输出两条PCIe总线，每条PCIe总线连接一个PCIe 转 PCI 桥接器，每个PCIe 转 PCI 桥接器连6个混合插槽的CPCI总线。
进一步，所述***插槽上还连接有设置在母板上的多个风扇接口。
进一步，所述CPCI电源包含1路DC+12V电源、1路DC-12V电源、1路DC5V电源、1路DC3.3V电源及1路DC5Vaux待机电源。
本实用新型的有益效果：
1)该方案母板混合插槽兼容现有CPCI插槽。
2)在不减少CPCI插槽数量的基础上，增加母板对PCIe高速总线板卡的兼容性。
3)母板各个插槽既能兼容CPCI总线板卡，也能同时兼容PCIe总线板卡。
4)母板各插槽增加千兆以太网总线，实现内部各插槽之间的信息交互，同时使母板能够兼容更多用户自定义板卡。
附图说明
图1为本实用新型母板的结构图。
图2为PCIe接口扩展示意图。
图3为PCIe转CPCI示意图。
图4为PCIe参考时钟分配示意图。
图5为 HCSL Clk转LVPECL Clk示意图。
图6为 PCI Clk分配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供一种高通用型工控机母板，该母板在各插槽保持CPCI总线接口不变的基础上，增加PCIe总线接口和千兆以太网总线接口，极大地提高了母板对于外部板卡的兼容性。
本实用新型的母板包括设置在母板上的电源插槽、网络交换插槽、***插槽和多个混合插槽。电源插槽******电源板卡为整个***提供工作电源，网络交换插槽***以太网交换板卡为***内部以太网通信提供交换电路，***插槽******板卡为整个***的控制核心，混合插槽可***各种扩展板卡增加***的功能扩展性。
其中，电源插槽连接外部AC220V作为输入，然后输出一组CPCI电源，CPCI电源为***插槽、网络交换插槽、多个混合插槽、母板电路及风扇接口提供工作电源。CPCI电源包含：1路DC+12V电源、1路DC-12V电源、1路DC5V电源、1路DC3.3V电源及1路DC5Vaux待机电源。
如图1所示，本实用新型的电源插槽包括两个：电源插槽Ⅰ和电源插槽Ⅱ，其中电源插槽Ⅰ为上述的输出一组CPCI电源的电源插槽，而电源插槽Ⅱ输出多路直流电源信号给混合插槽。例如如图2所示，电源插槽2输入外部AC220V电源，对内输出2路其他电源，作为预留的2路直流电源信号为多个混合插槽供电，预留的2路直流电源由实际需要配合混合插件进行设计。
***插槽输出至少一路通信总线连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信；同时***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe交换机，通过PCIe交换机连接多个混合插槽的PCIe总线；***插槽还输出至少一条PCIe总线连接PCIe 转 PCI桥接器，通过PCIe 转 PCI 桥接器连接多个混合插槽的CPCI总线。
作为本实用新型的一种实施方式，***插槽输出一路千兆以太网接口与母板连接，通过母板连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信。当然，该千兆以太网总线也可采用RS485、CAN等现有的通信代替，本实用新型并不对其进行限定。
同时如图2所示的本实用新型的一种实施方式中，混合插槽可设置12个，此时，***插槽输出两条X8 PCIe总线，每条x8 PCIe总线连接一个PCIe交换机，每个PCIe交换机连接6个混合插槽的PCIe总线；而***插槽输出两条×1 PCIe总线，每条PCIe总线连接一个PCIe 转 PCI 桥接器，每个PCIe 转 PCI 桥接器连6个混合插槽的CPCI总线。
上述的PCIe交换机可选择8 Port、32 lane PCIe Switch芯片，该芯片将每条x8PCIe总线转换为6条×4 PCIe总线，转换后的6条×4 PCIe总线分别连接1-6号混合插槽、7-12号混合插槽，实现***插槽与各混合插槽之间的PCIe总线通信。
上述的PCIe 转 PCI 桥接器为PCIe to PCI Bridge芯片，该芯片将每条PCIe总线转换为1条CPCI总线，而转换后的2条CPCI总线分别连接1-6号、7-12号混合插槽，实现***插槽与各混合插槽之间的CPCI总线通信。
而该实施方式中，网络交换插槽输出13路千兆以太网接口，其中1路与***插槽连接，另外12路与12个混合插槽连接，实现母板内部各插槽之间的以太网通信。
同时该实施方式中，母板通过扩展芯片扩展出12个通用的混合插槽，实现了CPCI及PCIe***的高密度集成，增加了***板卡的使用数量，每个混合插槽均包含有1路以太网总线、1路PCIe总线和1路CPCI总线。
本实用新型的***插槽上还连接有设置在母板上的多个风扇接口，可通过***板自主温控调节风扇转速，增大整体散热效果。
下面对上述的扩展电路进行详细说明：
（1）PCIe扩展电路
该PCIe扩展电路为上述的PCIe交换机，在本实用新型中，可采用现有的交换机，例如IDT公司的Switch芯片89H32H8G2ZCBLGI，该芯片具有32 Lane、8 接口，能够输入1路×8PCIe接口，输出6路×4PCIe接口。如图2所示。
（2）PCI转换电路设计
该PCI转换电路设计为PCIe 转 PCI 桥接器，母板上12个混合插槽均支持与***插槽的CPCI总线通信。因CPCI总线受限于带宽及走线长度等因素，33MHz CPCI每段最多支持7个***插槽，所以需要设计2段CPCI总线分别连接1-6号插槽和7-12号插槽。
而为了实现上述的方案，在本实用新型中，本实用新型可选择现有可实现的芯片，例如可选择TI公司的Bridge芯片XIO2001IZGUR，如图3所示，在母板上设计CPCI转换电路，将***插槽输出的2路×1PCIe总线分别通过PCIe to PCI Bridge芯片转换为2条CPCI总线。转换芯片选择TI公司的Bridge芯片XIO2001IZGUR。芯片PCIe端支持PCIe Gen1.0(每向250MB/s带宽)，PCI端支持32位（33MHz）带宽，能够允许连接高达6个PCI外设。
（3）PCIe参考时钟设计
***插件要实现与***插件正常通信，每个插槽需拥有一条独立的PCIe参考时钟。***插件对外提供4条100MHz HCSL Clk参考时钟，通过母板提供给***插槽使用。
因每一组PCIe需一条Clk， PCIe Switch进行扩展PCIe总线的同时，也会给扩展后的每组PCIe提供一条独立Clk，则卡槽1-12的PCIe参考时钟可通过PCIe Switch芯片提供。如图4所示，PCIe Switch输出的Clk为HCSL信号(差分电流信号)，需要进行交流耦合后变为LVPECL信号（低压正发射极耦合逻辑）提供给***插槽使用。具体转换如下，HCSL信号需串接33Ω电阻，对地100Ω电阻，然后与插槽设备连接，如图5所示。
（4）CPCI参考时钟设计
各***混合插槽虽共享PCI地址/数据总线，但需分别拥有一条独立的33MHz时钟线，与***插槽进行CPCIPCI总线通信。PCIe to PCI Bridge芯片将PCIe总线转换为CPCIPCI总线的同时，输出6路独立的33MHz时钟信号，分别分配给1-6号和7-12号***插槽。如图6所示。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高通用型工控机母板，其特征在于：包括设置在母板上的电源插槽、网络交换插槽、***插槽和多个混合插槽；
所述电源插槽连接外部AC220V输入，同时输出一组CPCI电源，所述CPCI电源为***插槽、网络交换插槽和多个混合插槽供电；
所述***插槽输出至少一路通信总线连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信；
***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe交换机，通过PCIe交换机连接多个混合插槽的PCIe总线；
***插槽输出至少一条PCIe总线连接PCIe 转 PCI 桥接器，通过PCIe 转 PCI 桥接器连接多个混合插槽的CPCI总线。
2.根据权利要求1所述的一种高通用型工控机母板，其特征在于：所述电源插槽包括电源插槽Ⅰ和电源插槽Ⅱ，电源插槽Ⅰ输出一组CPCI电源为***插槽、网络交换插槽和多个混合插槽供电，电源插槽Ⅱ输出多路直流电源信号给混合插槽。
3.根据权利要求1所述的一种高通用型工控机母板，其特征在于：所述***插槽输出一路千兆以太网接口与母板连接，通过母板连接网络交换插槽，通过网络交换插槽与多个混合插槽进行网络通信。
4.根据权利要求1所述的一种高通用型工控机母板，其特征在于：所述混合插槽包括12个， ***插槽输出两条PCIe总线，每条PCIe总线连接一个PCIe交换机，每个PCIe交换机连接6个混合插槽的PCIe总线；***插槽输出两条PCIe总线，每条PCIe总线连接一个PCIe 转PCI 桥接器，每个PCIe 转 PCI 桥接器连6个混合插槽的CPCI总线。
5.根据权利要求1所述的一种高通用型工控机母板，其特征在于：所述***插槽上还连接有设置在母板上的多个风扇接口。
6.根据权利要求1所述的一种高通用型工控机母板，其特征在于：所述CPCI电源包含1路DC+12V电源、1路DC-12V电源、1路DC5V电源、1路DC3.3V电源及1路DC5Vaux待机电源。
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