電路板制造商正在升級自己的產品，為的是打入高性能嵌入系統市場。
要點
有了高速結構技術附件，共享總線體系結構并繼續支持今天的高性能嵌入系統。
大多數高性能嵌入系統都是專有的，或是基于PCI、VME、CompactPCI以及Advanced-TCA電路板標準的。
COTS（商用現成）產品使設計師能用較高的續生費用來換取開發費用的節省和開發周期的縮短。
可供選擇的 COTS電路 板級規范的升級預示著可能會出現業界分裂問題和產品互操作問題。
嵌入式系統設計師們發現自己身處無休止的激戰之中，管理部門要求減少預算、縮短開發時間，而顧客則堅持增加功能。按照傳統，設計師應對這場激戰的辦法是在產品中采用從嵌入式計算市場買來的COTS（商用現成）處理器和外設模塊。然而，當高性能嵌入系統超越技術極限時，COTS 制造商必須對自己的規范與產品進行升級并使之精益求精，才能滿足不斷增長的先進設備的需求。正是在醫療儀器、軍用系統、通信設備以及過程自動化這幾個領域中，快速提高的數據速率、業已增長的處理需求和設備復雜性均已加大了現成的電路板級技術的壓力。
中小型公司為 COTS 行業提供了大部分機箱、電源、底板和插件板。據Tek 微系統公司首席執行官 Andrew Reddig 說，“大約 70 家供應商競爭COTS電路板業務。在這70家供應商中，只有約 10 家的年銷售額超過 2500 萬美元。”
雖然嵌入系統市場很小，但金融分析師們預計該市場在不久的將來會得到增長。CIBC公司的分析師 Jeff Berson 預言：“嵌入系統市場會繼續發展，增加投資機會。盡管該市場很小，但在華爾街看來，卻極具吸引力，投資者如能及早參與成長周期，都將會從中獲益。”
一個典型的嵌入系統項目可能包括一個現成的底板、處理器以及用戶接口部分，并可能將定制設計工作減少到幾乎沒有硬件設計和專用軟件。基于各種標準的設計可使用兼容的操作系統以及供應商提供的驅動程序和固件樣品，從而也可減少軟件開發工作。有了電路板級標準，也就不需要實現冷卻性能與機械對準所必需的反復試驗反復設計。
為了利用現成技術獲得好處，許多制造商將他們高性能的嵌入系統建立在大眾化的 COTS電路板體系結構上，如 PCI、VME、CompactPCI 和 AdvancedTCA 標準。這些開放標準概括了電路板和機箱的基本特性，以及可供選擇的擴充功能，用以滿足某些工業、醫療、電信、軍用以及消費類應用系統的特定性能或可靠性需求。盡管在其基本配置中，這些規范大多使用具有固有帶寬和升級限制的傳統共享總線技術，但明智的升級與功能擴充卻能提供先進的性能。對于高性能應用系統來說，各種標準現在都能提供某種形式的交換式體系結構，不存在與多點總線方案有關的種種問題。有了這種體系結構，電腦節點間的高速點對點路徑就可以動態變化，支持多個并行的數據傳輸。一個先進的交換結構系統還可以使信號路由繞過故障路徑或節點，從而提高系統的可用性。
除了需要提高交換結構數據處理能力以外，高性能系統還需要在其它領域內進行規范擴充。電路板尺寸是一個良好的例子。盡管硅片設計師正在把更多功能塞到較小的空間內，但人們要求增加某些應用系統的復雜性和冗余度，這就要關注電路板面積。的 VME 和 CompactPCI 電路板尺寸一直是 6U。但是，的電路板標準，即 AdvancedTCA， 具有 8U 的形狀系數，元件面積增加一倍以上。元件密度增加和電路板尺寸加大也會造成冷卻問題和配電問題。VME 與 CompactPCI 采用的 0.8 英寸電路板間距，使每塊電路板的功耗上限在強制冷卻情況下不可超過50W。但現在有些傳導冷卻和液冷方案擴大了這一功耗范圍。AdvancedTCA 在風冷情況下的功耗為每個插槽 200W。在高性能系統的底板功耗有可能接近 3 kW的情況下，傳統電源電壓（如 5V 或 3.3V，而電流為600A ～ 1000A）的分配就不切實際了。AdvancedTCA 規定，雙 -48V 直流電源直接為每個插槽饋電再由 DC/DC 轉換器提供局部的邏輯電平電壓。
老產品仍能吸引人
在對電路板標準的性能水平進行升級與擴充時，與老產品的兼容性是一個敏感的問題。VME 與 PCI 已經過多次升級，以提高共享總線的數據傳輸率，并使老產品能以原有的速度相互通信。近的交換結構升級能在共享總線配置不使用的底板連線和邊緣卡連線上傳送高速數據。長期可用性也是對高性能嵌入產品的一個主要要求。雖然臺式機部件的平均壽命約為 18 個月，但用戶仍期望嵌入產品的壽命長達5年以上，有些軍用項目要求達到 15 年的生存周期。
PCI 總線自20世紀 90 年代推出以來，已成為臺式電腦行業的基石。初的總線頻率為 33 MHz， 32 位寬的并行數據通路具有 133 MB/s的數據速率。一系列保留老產品的升級已將時鐘頻率提升至 PCI-X 的 1 GB/s。當環境因素不是一個問題時，PCI 是低成本系統元件的一個重要來源。一代的PCI-Express總線提供可升級的高帶寬數據路徑、信息包化的數據協議以及與PCI硬件和驅動軟件的兼容性。基本的PCI Express鏈路包括兩個信號通路，這兩個信號通路均使用LVDS（低壓差分信號傳輸）驅動器和恒流線路驅動器來進行通信，每個方向的數據傳輸速率為2.5Gbps 。有一種升級正在進行之中，為的是將基本數據速率提高至5 Gbps。你只要增加信號線對或通道，就可以提高每個 PCI-Express鏈路的帶寬，直至達到所需性能水平。
RadiSys公司的新型Endura AB915GM是一塊9英寸×7.5英寸的ATX 主板，適用于低功耗高性能嵌入系統（圖 1）。它支持具有533 MHz前側總線和2MB 第二層超高速緩存器的PCI-Express 和 Intel Pentium M 處理器。AB915GM具有集成的高性能圖形功能，支持雙獨立顯示器。 PCI插槽、 PCI-Express 插槽、 MM/SD 閃存插槽以及PCI-Express 小型卡插槽都具有外設擴充功能。

PICMG（PCI 工業計算機制造商小組）在電信業快速發展期間推出了 CompactPCI，旨在將低成本的 PCI 臺式機硬件包裝在一個牢固的外殼中。這種方案可以使嵌入系統開發人員使用現成的硅片和臺式機應用軟件。PICMG控制并支持CompactPCI，CompactPCI電路板是基于定義3U和6U板尺寸的Eurocard工業標準的。比較流行的6U電路板的后側可有多達5個連接器，其中兩個連接器用于 CompactPCI總線，其它3個用于用戶定義的I/O連接。                      CompactPCI信息包交換底板，即PICMG 2.16，是對高性能嵌入系統基本規范的升級，可為用戶定義的引腳增加雙交換式10/100/1000以太網結構。SBS技術公司近推出一個符合PICMG 2.16標準的CompactPCI 千兆以太網交換機，用于高速上網（圖2）。24端口的 CP6交換機用來進行第2層交換和第3層IP網絡路由選擇，無需主機介入或軟件驅動程序。CP6 有風冷及傳導冷卻兩種款式，適用于商用溫度范圍及擴展溫度范圍的應用場合。對流冷卻的CP6的起價為4900 美元，三種款式產品現均有售。

大電路板占支配地位
AdvancedTCA具有較大的形狀系數、高可用性功能以及高速互連結構，有望成為電信行業中廣泛采用的專有設備的現成替代品。AdvancedTCA規范為所有電路板和有源模塊提供熱插拔能力，從而使系統能達到甚至超過難以達到的“五個 9”（99.999%）可用性。該結構的接口提供一種全網格的互連體系結構，每個插槽均可直接連接到其它插槽。
為吸納業內的不同意見，AdvancedTCA的基本規范沒有規定數據傳輸的結構技術。而是用一系列次要規范定義了各種結構（如以太網、光纖通道、InfiniBand、StarFabric、PCI-Express和RapidIO）的底板細節。盡管這種方法可以使制造商用任何結構技術生產出符合要求的電路板，但卻帶來了互操作問題，并可能使規范支離破碎。

Artesyn技術公司剛宣布推出一種用于電信業的AdvancedTCA包處理底板——Katana PPB（圖3）。KatanaPPB有多達6個Freescale PowerPC 7447A處理器，每個處理器都有一個Altivec向量處理單元、32kB級指令與數據緩存器、512kB第二級緩存器，以及用于對稱多處理的緩存協調機制。兩個MPC-7447A處理器可直接裝在這一底板上，用以進行分布式處理或對稱式多處理。用戶可在單獨的ProcessorPMC夾層卡上安裝多達4個附加的處理器。Artesyn通信產品公司副總裁Todd Wynia解釋道：“Katana的6個PowerPC處理器和高速交換結構可以為各種各樣的電信系統提供控制與信息包處理功能，其中包括WAN接入、SS7/信令傳輸、媒體網關、傳輸處理、無線基站控制器以及軟交換。”對 KatanaPPB的軟件支持包括內部支持對稱多處理的運營商級Linux。配有兩個MPC7447A處理器的KatanaPPB，其OEM價格不低于4407美元。
VMEbus(VERSA模塊Eurocard 總線)標準頒布于1981年，是老的嵌入系統體系結構。VMEbus采用一塊3U、6U或9U的電路板以及一個與底板接口的插銷接頭，適用于嚴酷的工業應用環境。這一基本標準確定了根據一個可變速信號交換協議進行異步數據傳輸的電路板之間的主從關系。VMEbus的數據傳輸速率已經隨著每個新的VITA（VMEbus國際行業協會）標準的頒布而提高。VITA于1996年批準的VME64，將通路寬度增加一倍，達到64位，從而使數據速率提高到80 MHz。這一數據速率又一次增加一倍，達到160 MB/s，這使傳輸協議從四邊信號交換協議簡化為雙邊信號交換協議。
的2eSST（雙邊源同步傳輸）互連可以在VMEbus上以320 MB/s的速率傳輸數據。Freescale公司的MVME3100單板機是2eSST協議的典型，它采用一個Freescale MPC-8540 PowerPC處理器、高達512 MB的SDRAM和128 MB閃存、雙 66 MHz-64 位PMC-X點擴展、千兆以太網以及USB 2.0接口（圖4）。MVME3100的各種款式將在 2005年第三季度面世，其起價為1895美元。

結構擴展
近批準的VSX（VITA 41交換式串行擴展）在VMEbus標準上增加了結構功能，并保持與老產品的兼容性。一個新的PC連接器將高速串行信號轉接到機箱內的一個或兩個交換卡上，再分配至預定目的地。為防止將這一規范與某一結構技術聯系在一起，VITA 41子規范為InfiniBand、RapidIO、千兆以太網和PCI-Express 確定了交換插槽定義和電路卡定義。

作為高性能COTS板使用VMEbus VXS擴展的一個實例，BittWave公司近宣布推出用于雷達、聲納、通信和成像等系統的T2-6U-VME（圖5）。該電路板有8個 600 MHz ADSP-TS201S TigerSHARC數字信號處理器（ DSP）、兩個Xilinx Virtex-II Pro現場可編程門陣列（FPGA）、一個 PMC+ 位置、512 MB SDRAM以及通過前面板、VXS 交換結構和2eSST VME的9 GB/s高通量I/O接口。BittWare公司總裁Jeff Milrod說：“我們的TigerSHARC系列PCI與CompactPCI電路板業已被普遍采用，現在有了VXS，我們可以用VMEbus尺寸，提供相同的連續I/O和實時信號處理性能。”商用的風冷電路板已上市，傳導冷卻電路板即將推出。它們的起價為18995美元。
一種懸而未決的VITA 46升級電路板用一種額定速率超過6 Gbps的7行連接器替換VMEbus連接器，并為所有電路板之間的通信提供高速串行結構。這種電路板盡管在尺寸和電氣性能上與VMEbus模塊兼容，但為了達到的性能而犧牲了向后兼容性。聰明的底板設計師提出的混合VITA 46配置，可使每一代電路板在同一個機箱內共存。與以前的結構標準類似，VITA 46在子規范中確定結構配置。                                                                                                              不管你選擇的標準如何，大量現成的COTS電路板對于高性能嵌入式系統開發過程來說是至關重要的。當設計師拓展技術邊界時，電路板供應商與標準化組織都必須趕緊升級規范，并用相應產品填補空缺。如果一直成功的COTS產品出現問題，則可能是業界不能決定一種或兩種交換結構技術。在供應商制造的電路板支持多達6種相互競爭結構的情況下，預計按同一標準生產的模塊之間的互操作問題會日益嚴重。