服务器背板总线技术系列之二
Compact PCI背板总线

国家高性能计算机工程技术研究中心 张瑾 等 2002/06/27

Compact PCI的提出

VME标准是面向工业应用开发的，它的可靠性极高，散热性能好，易于安装和移动。不过，由于它采用专用的工业设计方法，成本昂贵，应用范围有限。而且，VME环境的软件移植必须定制，这又增加了验证和支持的工作量。

20世纪90年代，PCI总线作为台式机系统的业界标准被千百万台计算机采用，但是它无法提供高度的可靠性，也不能满足高可用性系统对正常运行时间的要求。而且，其主板很难散热，主板边缘接头可靠性低，在更换主板时极易受到损伤。

为了避开上述两个标准的局限性，包括Sun在内的400多家计算机供应商和制造商合作开发了Compact PCI标准，将VME的高性能、扩展性和可靠性与PCI标准的经济有效和灵活性有机地结合起来，这使得Compact PCI技术的发展极为迅速。

Compact PCI特别汲取了VME的精髓(密集坚固的封装，大型设备的极佳冷却效果)，并与PC的优势(廉价、易于采用最新互连和处理能力的快速芯片)巧妙地结合在一起。目前Compact PCI已经取代VME以及STD工业标准，成为工业界领域的新一代标准，更为重要的是，它还成为服务器背板市场中的主力军。Compact PCI产品也受到了工业界、计算机界和电信界的欢迎，上市产品的数量增长迅速，1998年销售额为3亿美元，1999年则达8亿美元。

Compact PCI的结构

Compact PCI板遵从Eurocard工业标准，定义了3U（100mm×160mm）和6U（233.35mm×160mm）两种板尺寸，其具体形状如图1所示。3U高度是满足64位Compact PCI总线要求的最小尺寸；6U的尺寸是为了满足信号线外扩的需要以及板上器件空间外扩的需要。Compact PCI背板连接器共有5个插座，J1～J5。规范只定义了J1和J2的信号线管脚，3U的Compact PCI板包括了J1和J2的插座，J3～J5插座包含在6U的Compact PCI板上，J3～J5的信号定义保留。

Compact PCI系统由一个或一个以上的Compact PCI段组成，每一个段包括1块系统板（System Slot）和7块外围板（Peripheral Slot），板与板中心的间距为20.32mm。系统板为所有在段内的板提供仲裁、时钟分配和复位功能。系统板负责执行系统的初始化，管理每一个本地板的IDSEL信号。在物理上，系统板可以插在背板上的任何位置。为了简化问题，规范规定最左边的槽位为系统板的插槽（从背板前面看），具体的位置如图2所示。

Compact PCI的特点

Compact PCI的意思是“紧凑型PCI”，是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。Compact PCI的CPU及外设同标准PCI是相同的，并且Compact PCI系统使用与传统PCI系统相同的芯片、防火墙和相关软件。从根本上说，它们是一致的，因此操作系统、驱动和应用程序都感觉不到两者的区别，将一个标准PCI插卡转化成Compact PCI插卡几乎不需重新设计，只要物理上重新分配一下就行了。

Compact PCI虽然与标准PCI属同一标准，二者还是有很大的不同。Compact PCI相对具有很多优点：

第一，Compact PCI总线具有更好的机械特性。这一点很关键，它增强了PCI系统在电信或其他条件恶劣的工业环境中的可维护性和可靠性。Compact PCI板遵从Eurocard封装标准，从而为PCI环境增加了工业级别的可靠性与可维护性。Eurocard特性包括大量可选的板卡特性（可有4096个组合），如前端面板封挡、减少电磁干扰的EMC保护特性等。Compact PCI电路板采用IEC规格的2mm插针插接连接器，其插槽电路板可从机箱前面插入，I/O板可从机箱前面插入也可以从背面插入。Compact PCI的连接器本身是高低不同的针和槽式连接器。与标准PCI插卡上的那种边缘连接器相比，这些针槽连接器可提供更快的传播速度，减少总线／连接器接口上的反射，降低噪音，可更好地匹配阻抗，并且提高了机械可靠性。这些针槽连接器、封挡机制等综合在一起，为每一块板与系统间的连接提供更好的支持和耐久性，维护、修理和升级等也都得到明显的简化。

第二，采用Eurocard封装的另一个主要优点是系统中均匀的气流。主动式母板系统中不稳定的元件会引起不均匀冷却，由此造成的热堆积是系统瘫痪的一个主要原因。而工业PC所使用的传统桌面机箱，不仅没有缓和不均匀冷却问题，反而使问题更加恶化。它将所有的I／O电缆都安装在机箱后端，使得该方向上的空气很不容易流通。Compact PCI系统避免了这些气流通路上的阻碍，因此每一块板表面都能得到均匀的气流。通常需要在架底安装两个或两个以上的风扇，以保证气流能向上流经所有的板。Compact PCI板是垂直插入板柜的，无论是自然通风冷却还是强制通风冷却都容易实现。

第三，Compact PCI连接器的电源和信号引线支持热插拔规范，这对于容错系统是非常重要的，这也是标准PCI所不能实现的功能。

第四，Compact PCI总线易于扩展，可同时支持多达256个的标准PCI总线设备。它可在每个子系统中支持8个插槽，加上桥接芯片后，Compact PCI可轻易扩展支持到32个插槽。

历史的选择 尽管Compact PCI总线比PCI总线有这样或那样的优点，但是它毕竟是PCI总线的派生产品，可以说它们是同宗同源，只不过应用场合不同罢了。随着PCI总线的日益衰败，Compact PCI也难逃被淘汰的命运。新的技术呼之欲出，并且功能更加强大。不过，Compact PCI坚固的接口结构、支持热插拔的功能和易于扩展的特性等优点是会被新技术继承下来的，绝不会随着PCI总线的淘汰而被湮灭。

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