COM EXPRESS 在军事应用中胜过 PC/104

摘要：随着军事斗争转变为以网络为中心的战争，对采用更强大的技术以支持宽带通讯、高级数据处理和改进图形质量的系统的需要越来越强烈。这些需求对空间受限的设计尤其是一个挑战，例如战场设备和无人驾驶车辆，本白皮书讨论面临这些挑战时 PC/104 和 COM EXPRESS 之间的权衡。

目录

　　介绍

　　小体积，大挑战

　　新技术，低成本

　　比较 PC/104-EXPRESS 和 COM EXPRESS

　　RADISYS COM EXPRESS 解决方案

　　集成图形处理器

　　满足高级军事需要

　　参考

　　关于作者

　　介绍

　　随着军事斗争过转变为以网络为中心的战争，对采用更强大的技术以支持宽带通讯、高级数据处理和改进图形质量的系统的需要越来越强烈。最新的军事网络看起来像一个电信网络，其中非常智能化的现场终端（例如无人操纵机器人和导航系统）与地面工作站及指挥中心共享实时信息。对面临苛刻空间和功率限制的小型系统设计人员而言，这种演进尤其是一种挑战。

　　对提高若干方面（计算、I/O 和图形）的性能的需要使系统设计人员用基于 PC/104-的电路板满足这些需求变得更加困难。例如，PC/104-Express 标准，专为用于向高速 I/O 提供 PCI Express®支持而开发，使用一个额外的连接器，该连接器占用宝贵的电路板空间并使用一种复杂的堆叠。因此，可用于部署更高性能的应用所需的最新处理器及数字信号处理器 (DSP) 的电路板空间变少了。

　　COM Express 是一种计算机模块 (COM) 标准，拥有类似的小体积优点，同时通过提供比 PC/104 更大的电路板空间效率和更多的 I/O 灵活性克服了这些限制。本白皮书讨论 PC/104 和 COM Express 之间为空间受限的设计（例如战场设备、无人驾驶车辆和其他机动军用资产）进行的某些权衡。

　　小体积，大挑战

　　为了支持一支灵活的军队，设备制造商不断地将越来越强大的计算能力装入喷气式战斗机、大卡车、拆弹机器人及指挥、控制与通信 (C3) 智能系统等使用的移动系统内。小体积并不意味着低性能，实际上却相反，作为最新的处理器，I/O 连接和图形技术必须被挤压到一个极小的设备中。

　　移动系统是如何演进的？强大的多核 CPU 正在处理宽带雷达数据流；高速 PCI Express 链接正在传输高清视频图像；一流的图形处理器正在通过 VGA、LVDS 和其他视频接口在车载地图上显示详细信息。当前，基于标准的商用现货 (COTS) 解决方案的主要选择为 PC/104-Express 和 COM Express，如图 1 所示。

　　图1：商用现货供应商服务的军事航空市场

　　新技术，低成本

　　PC/104 协会1由十二家公司于 1992 年 2 月成立，这些公司对面向嵌入式应用来改造台式计算机技术有着共同的远见。不久之后，一个技术规格出台，以一个特别适合小而硬的设备的尺寸提供 IBM 兼容个人计算机的功能和灵活性。PC/104 规格采用了随着时间推移而出现的新技术，包括1997 年出现的 ISA 总线、2003 年出现的 PCI 总线和2008 年出现的 PCI Express 总线。

　　基于 PC/104 的产品在推动军事应用更好地认可现货解决方案中已发挥了作用，因为它们的模块性显著节约了研发成本和时间，同时为设备制造商和客户减少了风险。但是，PC/104 产品的成本优势正开始逐渐消失，因为可堆叠架构和关联的连接器增加了成本并减少了电路板的空间效率。此外，出于堆叠目的，很多 PC/104 连接器是双面的，这使它们的成本比 COM Express 所用的单面连接器的成本更高。从电路板空间的角度来看，双面连接器比背面也可放置元器件的单面连接器贵两倍。

　　PC/104 是一种多堆叠架构，而 COM Express 只有两层，包含一个计算机模块和一个载板，可依据具体的应用要求定制。载板可安装 PC/104 堆叠的所有 I/O，因此减少了成本并允许制造商容纳更多的外围设备 I/O。系统设计人员拥有更多的灵活性，因为载板尺寸不是固定的，因此可以依据需要进行放大以支持最新的计算机技术。此外，除了一份 VDC Research 调查在表 1 列出的其他优点以外，COM Express 还提供与 PC/104 相同的基于标准的商用现货优势。

　　比较 PC/104-EXPRESS 和 COM EXPRESS

　　PC/104-Express 和 COM Express 的开放式标准规格定义了很多设计要求，例如电路板尺寸、连接器信号排列和堆叠。图 2 说明了电路板尺寸，显示 PC/104-Express 的一种选项和 COM Express 的三种选项，包括在 COM.0 R2.0 中定义的新的 95 x 95mm 紧凑型版本，预计该版本将在 2010 年获得批准。

　　如前文所述，PC/104 规格和 COM Express 之间的一个主要区别在于连接器的选择和使用。最近几年，处理器性能和功能已经出现巨大的提升。集成图形/视频、PCI Express 和其他高性能接口的添加需要使用一个在比 PC/104 所用空间更小的空间内具备更大带宽和更多引脚的连接器。

　　选择在 COM Express 上使用的连接器要考虑以下几个因素：

　　尺寸—连接器是小型表面安装技术 (SMT) 连接器，占用最少的电路板空间。

　　引脚数量—连接器支持需要的I/O 数量并且可供将来扩展。

　　信号完整性—连接器提供高性能 I/O（例如 PCI Express、视频、LVDS 和吉比特局域网）所需的信号完整性的等级。

　　表 2 显示 COM Express 和 PC/104 连接器的 I/O 功能的比较。

　　如表 2 所示，PC/104 支持 PCI Express，但是它是通过向已经很拥挤的电路板添加另一连接器来实现的。为了添加功能，例如视频、LAN 或 SATA，必须向 PC/104 电路板添加其他连接器，并且信号不能用于堆叠中的其他电路板。另一方面，COM Express 却能够将所有信号向下传输到载板，并且可以依据系统应用的需要在载板上添加连接器。例如，如大多数军事用途所需，载板可用于连接军用标准连接器。

　　随着军事应用复杂度的提升，COM Express 正得到广泛利用以处理越来越苛刻的计算、I/O 带宽和图形要求。另一方面，提高 PC/104-Express 解决方案的能力通常意味着添加更多的堆叠电路板和连接器，并且可能最终形成一个笨重的系统，如图 3 所示。因为 COM Express 只使用两个电路板，它在系统成本、冷却、高度、部件管理和信号完整性方面胜过 PC/104，如表 3 所述。

　　集成 图形处理器

　　集成图形引擎，嵌入到 Intel®Core i7 和 Intel®Core i5 处理器，提供增强的图形功能和性能，同时降低整体平台电源要求，减少占地面积。在进行两项 3DMark 测试时，基于 Intel®处理器的图形引擎的性能是 Intel®GM45 Express 芯片组中的集成图形芯片的 1.8 倍和 2.6 倍，如图 4 所示。此外，使用能够提升并行多线程应用程序性能的集成 Intel®超线程技术，这些双核处理器能够同时处理多达四个软件线程。

　　为了利用此图形性能，大多数军用系统要求多个显示器与输入设备。通过在 COM Express 连接器上传输所有视频信号，载板能够提供系统需要的不同视频和输入接口。在 PC/104 电路板上，所有连接器都必须位于基板之上，这会进一步减少可用电路板空间。

　　RADISYS COM EXPRESS 解决方案

　　RadiSys®Procelerant COM Express 产品系列包含大量的扩展及工业温度范围模块，表 4 列出了其中的一部分。充分利用这一系列的产品，军用设备制造商可以满足他们的苛刻环境要求，同时缩短上市间并降低开发成本。

　　因为无需考虑处理器、芯片组和内存的设计，制造商可将工程资源集中于产品差异化特性的开发，并避免了因处理器升级和越来越复杂的设计规则而带来的设计变化。RadiSys 还提供广泛的 COM Express 客户服务，通过提供载板概念定义与设计、载板示意图测评、BIOS 自定义和热设计来进一步加速客户的产品上市时间。

　　领先于技术曲线

　　Procelerant CEQM57XT 将下一代 Intel® Core i5 和 i7 处理器与 -25 度 至 70 度 的工作温度范围和扩展的振动规格组合在一起，在一个基本尺寸 COM Express 模块上为恶劣环境提供突破性的处理性能。紧凑式 95 x 125mm 模块特别适合需要高水平计算、I/O、存储和图形能力的计算密集型军事航空应用。RadiSys 以 Type 2 和 Type 3 引脚的形式供应 CEQM57XT 模块，使客户能够从他们以前的旧模块轻松升级，同时通过最大 8GB 内存、SSDDR3 选项、额外的 PCI Express 通道和改进的存储、图形和音频能力提升功能与性能。

　　Procelerant CEQM57XT COM Express 模块

　　满足高级军事需要

　　军用系统的技术规格不断提高，从而推动了对更高性能处理器与 DSP、更低支持成本和更快 I/O 与图形的需求。随着系统变得越来越以网络为中心，现在是 PC/104 开发人员近距离关注 COM Express，以更低成本提供更新技术的最佳时机。

　　在定义 COM Express 时即考虑了到 PCI Express 和更大带宽 I/O 需求的过渡，而 PC/104-Express 采用了新的而不是笨重的可堆叠连接器。代替以大量堆叠方式来满足不断出现的需求的 PC/104 电路板，系统开发人员能够基于 COM Express 部署一个灵活的双电路板解决方案。RadiSys Procelerant COM Express 产品特别适合高要求的军事应用，并且能够帮助设备制造商降低开发成本，缩短产品上市时间。

　　了解更多信息，请访问 http://www.radisys.com/ Products/COM-Express/COM-Express-Modules.html

　　参考：

　　1 http://www.pc104.org/history.php/104+history

　　关于作者：

　　LORRAINE ORCINO—资深产品经理–COM EXPRESS

　　Lorraine 在 RadiSys 主要负责 COM Express 产品系列。她在产品管理和商业开发方面有十多年的经验，对新处理器技术以及小占地面积如何为军用设备制造商开创众多设计选择有深入了解。她从德锐技术学院 (DeVry Institute of Technology) 获得电子工程理学士学位。