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CN201069567Y - 一种用于工控计算机板卡调试的底板装置 - Google Patents

一种用于工控计算机板卡调试的底板装置 Download PDF

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CN201069567Y
CN201069567Y CNU200720169836XU CN200720169836U CN201069567Y CN 201069567 Y CN201069567 Y CN 201069567Y CN U200720169836X U CNU200720169836X U CN U200720169836XU CN 200720169836 U CN200720169836 U CN 200720169836U CN 201069567 Y CN201069567 Y CN 201069567Y
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CN
China
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board
bottom plate
connector
slot
plate apparatus
Prior art date
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CNU200720169836XU
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English (en)
Inventor
汪福全
刘明
褚越杰
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Institute of Computing Technology of CAS
Original Assignee
Institute of Computing Technology of CAS
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Abstract

本实用新型公开了一种一种用于工控计算机板卡调试的底板装置。该实用新型包括计算机板卡的插槽、ATX电源控制管理电路及系统复位电路、板卡的I/O连接器、总线频率切换电路、32位/64位PCI插槽几个主要组成部分。本实用新型的优点：1)在板上集成了板卡的I/O连接器，用户可以直接使用，而无需引线焊接I/O连接器；2)底板上设计有系统复位电路，用户可通过按压底板的复位按钮，即可实现整个系统的复位，操作简便，易于调试；3)总线频率33MHz/66MHz切换电路，用户通过简单的跳线设置即可实现对总线工作频率的切换；4)32位/64位PCI插槽，可用于验证板卡上的PCI－to－PCI桥接芯片的功能。本实用新型可用于CPCI、PXI、ATCA等几种常用类型的工控计算机板卡的调试和功能验证，操作简便，功能齐全，成本低廉。

Description

一种用于工控计算机板卡调试的底板装置
技术领域
本实用新型涉及了工业计算机和嵌入式领域，具体地说，本实用新型涉及一种工控计算机的底板装置。
背景技术
目前在工业控制、电信等诸多领域普遍采用板卡+系统平台的架构。其中板卡可由用户根据要求自行设计，但接口部分和尺寸的定义必须符合现行标准；系统平台是配合板卡工作而提供的一个机械、电气、电磁等方面的平台。目前，板卡按照接口总线标准可分为PXI、CPCI、ATCA、VME等几种常用类型的板卡，按尺寸可分为3U、4U、6U、8U等几种常用尺寸的板卡；系统平台也相应有多种类型，但无论系统平台遵循哪种标准或是哪种尺寸，其基本结构都是一样的，主要包括机箱、背板、电源、风扇及配件几个组成部分，可为板卡的调试及使用提供高可靠、坚固耐用及易于管理的平台，适于工业环境的应用。
其中系统平台中的背板主要是为板卡提供接口，其接口定义和尺寸定义必须符合现行标准。目前系统平台中的背板一般都提供有电源插槽和多个板卡插槽，这样在一个系统平台中允许有多块板卡共同工作，此外板卡插槽还具后插槽，用于连接具有特殊功能的后背板或通过引线连接一些I/O连接器。系统平台虽在工业应用方面有很多优势，然而也存在一些不足之处，尤其在调试阶段更为明显：首先，大多数工控类板卡不带I/O连接器，要想使用板卡的I/O设备必须要借助于与之配套的平台，而系统平台本身也不带I/O连接器，因此用户使用时要么额外购买带I/O连接器的后插卡，要么从背板后插槽的相应PIN焊接导线连到I/O连接器上，即I/O连接器是经过用户焊接的导线再与后插槽连接的，这样给用户增加了额外的工作量，而且由于引线增长造成信号质量下降，更为重要的是采用用户自己焊接的连接方式容易造成不牢靠，或经长时间使用后出现脱焊等情况，为用户的使用带来很多不便。其次，通常情况下系统平台中总线的工作频率是固定的，用户无法对其自由配置。再次，系统平台价格昂贵，尤其对处于实验室调试阶段的项目而言十分不利，甚至在某种程度上阻碍了实验室研究工作的发展。
本实用新型正是针对系统平台的这些不足，设计出了一套能够适应常用标准的工控计算机板卡调试和功能验证的专用底板装置，而且操作简单方便，为板卡的调试和功能验证提供了一条操作简便、功能齐全并且成本低廉的新途径。
发明内容
本实用新型的主要目的是针对现有技术的不足，设计一套能够支持几种常用类型(如PXI、CPCI、ATCA)的工控计算机板卡调试和功能验证的底板装置，该装置操作简便，功能齐全，可完成几类常用计算机板卡的全部功能测试工作，并且成本低廉。
为实现上述发明目的，本实用新型提供的用于工控计算机板卡调试的底板装置包括：底板和设置在底板上的主槽(系统槽)和从槽(外设槽)，以及设置在底板上的I/O连接器；所述主槽或从槽的I/O信号线通过PCB走线的形式与所述I/O连接器连接。
上述技术方案中，所述I/O连接器包括显示接口、音频接口、PS/2鼠标接口、PS/2键盘接口、USB接口、串口、并口、软驱接口、硬盘接口、百兆以太网卡接口和千兆以太网卡接口。
上述技术方案中，所述主槽和从槽的信号定义可根据用户需要设计为PXI标准、CPCI标准或ATCA标准。
上述技术方案中，所述底板装置的尺寸符合6U标准。
上述技术方案中，单个所述底板装置的所述主槽为1至2个，从槽为1至5个。
上述技术方案中，所述底板上还设置有PCI插槽。
上述技术方案中，所述PCI插槽包括64位和32位的两个PCI插槽。
上述技术方案中，所述底板上还设置有总线工作频率切换电路。
上述技术方案中，所述底板上还设置有ATX电源控制管理电路与系统复位电路。
上述技术方案中，所述总线工作频率切换电路采用跳线形式设置，用于33MHz与66MHz的总线频率切换。
本实用新型的技术效果如下：
本实用新型是一款适用于几种常用工控总线标准的计算机板卡调试的底板装置。首先，该实用新型设计有I/O连接器，这样当用户测试主控板的I/O功能时，只需将外设连接到底板上对应的连接器就可以使用，无须再像系统平台中的底板那样还需要在后插槽上额外引线焊接，这样既提高了信号质量，增强了连接器的坚固耐用性，又为用户的使用提供了方便。其次，该实用新型设计有一个32位的PCI插槽和一个64位的PCI插槽，目前市场上PCI板卡比工控类板卡更为普遍且价格低廉，并且能够替换从槽上的工控类板卡，来完成主控板上桥接芯片的功能测试，方便用户测试。第三，本实用新型设计有CPCI总线频率切换电路，当从板是一块64bit/66MHz的CPCI板卡，可通过简单的改变跳线位置将CPCI总线设置在66MHz；当从板是一块64bit/33MHz的CPCI板卡，同样可以将CPCI总线设置在33MHz，便于调试。第四，该装置提供了ATX电源控制管理电路与系统复位电路。该调试底板能够通过电源开关方便地实现对整个系统电源的控制；此外该底板还配有系统复位电路，通过控制底板上的复位按钮便能够实现整个系统的复位。
附图说明
图1是基于CPCI板卡调试的底板装置的布局图；
图2是CPCI总线33MHz/66MHz频率切换电路实现图；
图3是系统复位电路的实现图。
1：主槽
2/3：从槽
4：主槽的P1连接器
5：主槽的P2连接器
6：主槽的P3连接器
7：主槽的P4连接器
8：主槽的P5连接器
9/14：从槽的P1连接器
10/15：从槽的P2连接器
11/16：从槽的P3连接器
12/17：从槽的P4连接器
13/18：从槽的P5连接器
19：第一千兆网口
20：第二千兆网口
21：并口
22：VGA接口
23：第二串口
24：百兆网口
25：声音输出接口
26：第一串口
27：32位PCI槽
28：64位PCI槽
29：ATX插槽
30：电源开关
31：复位开关
32：跳线
33：板卡插槽上的P1连接器
34：板卡上的J1连接器
(附：连接器P1与J1的连接关系是，当板卡插在底板的板卡插槽上后，板卡的J1连接器与底板的P1连接器紧密相连。)
35：复位按钮
36：板卡插槽上的P5连接器
37：板卡上的J5连接器
具体实施方式
工控计算机板卡的调试工作一般都需要与之配套的硬件平台，首先这个平台的尺寸定义及接口的信号定义必须遵循现行规范标准；其次必须方便易用；第三，能够为调试工作提供一些灵活、可配置的手段。该实用新型正是基于上述基本思想，并针对现有技术的不足，为几种常用标准的计算机板卡提供了一套调试和功能验证的简易底板装置。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的硬件电路设计作进一步地描述。
实施例1
本实施例是针对符合6U CPCI标准的计算机板卡的调试所设计的底板装置，下面详细介绍其具体实现电路。
如附图1所示，该底板设计了三个板卡插槽，一个Compact PCI主槽1，两个Compact PCI从槽2、3。由于本实施例是针对6U CPCI板卡调试和功能验证设计的，因此该底板的板卡插槽采用标准6U CPCI连接器P1～P5，包括主槽的P1～P5连接器4～8，从槽的P1～P5连接器9～13以及从槽的P1～P5连接器14～18。其中P1，P2连接器的信号定义严格按照CompactPCI2.0 R3.0规范设计，使用64bit，33/66MHz的CPCI总线；P3的信号定义严格按照PICMG2.16Packet Switching Backplane规范；主槽上的P4/P5则自定义了插在系统槽上的CPCI板卡的所有I/O信号。
标准6U CPCI板卡的I/O信号线是连接在板卡的J4和J5连接器上的，当板卡插在底板的板卡插槽上之后，板卡的J4和J5连接器分别与底板上板卡插槽的P4和P5连接器连接在一起，这样板卡的I/O信号线与板卡插槽相连，本实用新型将P4和P5上的I/O信号线通过PCB走线的形式与I/O连接器相连，这样调试人员在进行板卡的I/O功能验证时，只需将外设连接在底板的相应I/O连接器上即可实现。本实施例中I/O连接器包括第一千兆网口19、第二千兆网口20、并口21、VGA接口22、第二串口23、百兆网口24、声音输出接口25和第一串口26。如验证板卡的显示功能时，只需要把显示器的线缆与底板上的显示插座连接在一起就可以了。
该底板设计有一个32位PCI插槽27和一个64位PCI插槽28，这两个插槽的PCI总线同板卡插槽的P1、P2相连，即与64bit，33/66MHz CPCI总线相连，用户可通过在这两个插槽上挂接PCI设备完成板卡对桥接芯片的功能测试。
在多板卡的系统中，插在主槽上的板卡称为主控板，插在从槽上的板卡称为从板。当主控板上采用PCI总线时，主控板上的北桥芯片只能连接6个PCI设备，而在多板卡系统中从板也作为主控板的PCI设备出现的，因此必须使用一款PCI-to-PCI的桥接芯片实现系统扩展，桥接芯片一次侧PCI总线同主控板上的PCI总线相连，桥接芯片二次侧PCI总线同CPCI连接器相连，即二次侧为CPCI总线。CPCI总线既可以工作在33MHz，也可以工作在66MHz，为方便用户调试和使用该底板特设计了频率切换电路。CPCI总线的工作频率是由主槽板卡上的PCI-to-PCI桥接芯片的OSCSEL/信号决定的，当OSCSEL/为低电平时，CPCI总线的频率由外部时钟源决定；当OSCSEL/为高电平时，CPCI总线的频率与桥接芯片一次侧的频率相同。这样只需使外部时钟源的频率与桥接芯片一次侧的不同即可。假定桥接芯片一次侧的频率为33MHz，外部时钟源为66MHz，参见附图2，当底板上跳线32的Pin1与Pin2连接，M66EN为高电平，板卡插在底板插槽上时，CPCI板卡上的J1连接器34与板卡插槽上的P1连接器33(如主槽上的P1连接器)是紧密连接在一起的，M66EN经J1/P1后，再经过反相器OSCSEL/为低电平，这样CPCI总线的频率由外部66MHz时钟源决定，从而CPCI总线工作在66MHz；反之底板跳线32的Pin2与Pin3连接，CPCI总线的工作频率与桥接芯片一次侧的频率相同，即CPCI总线工作在33MHz。这样用户只需简单的配置跳线即可完成CPCI总线工作频率的切换。
该底板可通过外接ATX电源为系统供电，并在板上设计有电源管理和控制电路，用户可通过控制电源开关30实现对系统电源的控制，这同CPCI系统平台中底板的电源功能类似；此外该底板还设计有系统复位电路，只要按下复位开关31就可方便地实现系统复位。具体实现参见附图3，复位按钮35的一端与地相连，另一端与板卡插槽上的P5连接器36(如主槽上的P5连接器)的CPCI_RST/信号相连，当板卡插在底板插槽上时，插槽P5连接器与板卡上的J5连接器37紧密相连，而板卡J5连接器的CPCI_RST/信号同系统复位电路连接，这样当按钮被按压后底板上的CPCI_RST/信号为低电平，即复位有效，通过连接器连接到板卡的复位电路，从而使整个系统复位。
该底板主要是针对几种常用工控类计算机板卡如CPCI、PXI、ATCA板卡的调试和功能验证而设计的。首先，该底板能够实现对板卡的常用I/O功能的验证与调试，包括板卡的显示、音频、PS/2鼠标、PS/2键盘、USB、串口、并口、软驱、硬盘、百兆以太网卡、千兆以太网卡等功能的测试。如：要对主控板卡的显示功能进行测试时，首先将板卡插在底板的主槽上，然后将外接的ATX电源与底板的ATX插座相连，再将显示器的显示线缆插在底板的显示插座上，按下底板上的电源开关按钮启动板卡系统，如果板卡的显示功能正确，那么显示器应该被点亮，显示系统打印信息；相反如果显示器没有被点亮，可以进一步调试分析板卡的显示电路。其次，利用底板上的32位PCI插槽和64位PCI插槽可实现对板卡上的桥接芯片的功能验证，而不需要再重新做一块CPCI/PXI/ATCA板卡插在从槽上来实验。如：将一块32位的PCI网卡插在32位的PCI插槽上，并连接好网线，启动系统后，如果PCI-to-PCI桥片二次侧工作正常，那么该网卡可以正确地进行文件传输。再次，利用底板上的主槽和从槽，除了可以对主控板和从板各自的功能进行验证外，还能验证主控板对从板的控制功能及板卡热插拔功能。第三，本实用新型设计有CPCI总线工作频率33MHz/66MHz的切换电路。在多板卡系统中，假定从板是一块64bit/66MHz的CPCI板卡，那么就要求CPCI总线的工作频率为66MHz才能充分发挥从板的性能，如果CPCI总线的工作频率被固定在33MHz，那么从板的工作性能就会受到很大影响；同样如果从板是一块64bit/33MHz的CPCI板卡，那么只需要将CPCI总线的工作频率设置在33MHz即可。从而本实用新型的总线频率切换电路可满足不同类型从板的调试需要。

Claims (10)

1.一种用于工控计算机板卡调试的底板装置，包括底板和设置在底板上的主槽和从槽，以及设置在底板上的I/O连接器；所述主槽或从槽的I/O信号线通过PCB走线的形式与所述I/O连接器连接。
2.按权利要求1所述的底板装置，所述I/O连接器包括显示接口、音频接口、PS/2鼠标接口、PS/2键盘接口、USB接口、串口、并口、软驱接口、硬盘接口、百兆以太网卡接口和千兆以太网卡接口。
3.按权利要求1所述的的底板装置，所述主槽和从槽的信号定义符合PXI标准、CPCI标准或ATCA标准。
4.按权利要求1所述的底板装置，所述底板装置的尺寸符合6U标准。
5.按权利要求4所述的底板装置，单个所述底板装置的所述主槽为1至2个，从槽为1至5个。
6.按权利要求1所述的底板装置，所述底板上还设置有PCI插槽。
7.按权利要求6所述的底板装置，所述PCI插槽包括64位和32位的两个PCI插槽。
8.按权利要求1所述的底板装置，所述底板上还设置有总线工作频率切换电路。
9.按权利要求1所述的底板装置，所述底板上还设置有ATX电源控制管理电路与系统复位电路。
10.按权利要求8所述的底板装置，所述总线工作频率切换电路采用跳线形式设置。
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Assignee: Beijing Loongson Zhongke Technology Service Center Co., Ltd.

Assignor: Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences

Contract fulfillment period: 2009.12.16 to 2028.12.31

Contract record no.: 2010990000062

Denomination of utility model: A bottom plate device for debugging the board card of the industrial control computer

Granted publication date: 20080604

License type: exclusive license

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Name of requester: BEIJING LOONGSON TECHNOLOGY SERVICE CENTER CO., LT

Effective date: 20100128

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Assignor: Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2010990000062

Date of cancellation: 20141231

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Change date: 20141231

Contract record no.: 2010990000062

Assignee after: Longxin Zhongke Technology Co., Ltd.

Assignee before: Beijing Loongson Zhongke Technology Service Center Co., Ltd.

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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Longxin Zhongke Technology Co., Ltd.

Assignor: Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2015990000066

Denomination of utility model: A bottom plate device for debugging the board card of the industrial control computer

Granted publication date: 20080604

License type: Common License

Record date: 20150211

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Granted publication date: 20080604

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract
EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: LOONGSON TECHNOLOGY Corp.,Ltd.

Assignor: Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2015990000066

Date of cancellation: 20200928