1.5.2 内部总线

在计算机控制系统的设计中，除选择一种微处理器、微控制器自行设计硬件系统或选用现有的智能仪表、DCS等系统外，设计者还可以根据不同的需要选择微型计算机系统（如PC或工控PC），再配以I/O扩展卡，即可构成硬件系统。I/O扩展卡是插在微型计算机系统中总线上满足控制系统需要的电路板。工控PC采用的结构是无源底板，在无源底板上具有多个ISA或PCI总线插槽，CPU板卡为ALL-IN-ONE结构，采用工业级电源及特制的机箱，可靠性高，可连续24小时运行，又与一般PC兼容。

在计算机控制系统中，一般将总线分为内部总线和外部总线两部分。

内部总线是计算机内部各功能模块之间进行通信的通道，又称为系统总线，它是构成完整计算机系统的内部信息枢纽。由于ISA总线已淘汰，下面介绍比较流行的PCI总线、PCIe和PC104总线。

1.PCI总线

制订PCI总线的目标是建立一种工业标准化的、低成本的、允许灵活配置的高性能局部总线结构，它既为当今的系统实现一个较高的性价比，又能适应将来的CPU特性，能在多种平台和结构中应用。

PCI总线是一种高性能、32位或64位地址/数据线复用的总线。其用途是在高度集成的外设控制器、扩展卡和处理器系统之间提供一种内部联接机制。

PCI总线的组件、扩展板接口与处理器无关，在多处理器系统结构中，数据能够高效地在多个处理器之间传输。与处理器无关这一特性，使PCI总线具有很好的I/O功能，能够最大限度地使用各类CPU/RAM的局部总线操作系统、高档图形设备和高速外部设备，如SCSI、FDDI、HDTV、3D等。

PCI总线特有的配置寄存器为用户提供了方便。系统嵌入自动配置软件，在加电时自动配置PCI扩展卡，为用户提供了简单的使用方法。

2.PCIe总线

PCI Express（简称PCIe）总线是Intel公司提出的新一代总线接口，旨在替代旧的PCI、PCI-X和AGP总线标准，并称为第三代I/O总线技术。

PCIe总线采用了目前流行的点对点串行连接，不同于PCI总线以及更早期的计算机总线的共享并行架构，其每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输提高到一个很高的频率，达到PCI总线所不能提供的高带宽。传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，而PCIe总线的双单工连接能提供更高的传输速度和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

PCIe总线在软件层面上兼容PCI技术和设备，支持PCI设备和内存模组的初始化，过去的驱动程序、操作系统可以支持PCIe设备。

3.PC104总线

PC104总线是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，是ISA（IEEE 996）标准的延伸。PC104总线有两个版本：8位和16位，分别与PC和PC/AT总线相对应。IEEE协会将PC104总线定义为IEEE-P996.1，其实际上就是一种紧凑型的IEEE-P996。它的信号定义和PC/AT总线基本一致，但电气和机械规范完全不同，是一种优化的、小型的、堆栈式结构的嵌入式控制系统。它与普通PC总线控制系统的主要不同如下。

1）小尺寸结构：标准模块的尺寸是3.6inch×3.8inch（1inch=25.4mm）。

2）堆栈式连接：PC104总线模块之间总线是通过上层的针和下层的孔相互咬合相连的，有极好的抗振性。

3）低功耗：一般4mA总线驱动即可让模块正常工作，典型模块的功耗为1~2W。

PC104总线通常有CPU模块、数字I/O模块、模拟量采集模块、网络模块等功能模块，这些模块可以连接在一起，相互之间连接紧固，不易松动，更适合在强烈振动的恶劣环境下工作。PC104总线模块一般支持嵌入式操作系统，如Linux、Windows CE等。

目前生产PC104卡或模块的公司有研华科技、研祥智能科技、磐仪科技等公司，其中，研华的PC104主板PCM-3343如图1-18所示。

研华PCM-3343主板包含4个USB2.0接口、2个音频接口、4个串口、1个PC104接口、1个百兆网口、1个24位LVDS接口和1个TTL LCD接口，支持的操作系统有Windows XP、Linux等。

另外还有PC104 Plus总线，它为单列三排120个总线引脚，有效信号和控制线与PCI总线完全兼容。