专利名称：一种用于工控计算机板卡调试的底板装置的制作方法
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。
背景技木
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/0连 接器，要想使用板卡的1/0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/0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4吏用带来很多不便。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/0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4妄口。
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l至2个，从槽为 l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1/0连接器，这样当用户测试主控 板的I/0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。
图1是基于CPCI板卡调试的底板装置的布局图2是CPCI总线33MHz/66MHz频率切换电路实现图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Pl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:笫二串口
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Pl与Jl的连接关系是，当板卡插在底板的板卡插槽上 后，板卡的Jl连接器与底板的Pl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。
以下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l所示，该底板设计了三个板卡插槽， 一个CompactPCI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PI, 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PICMG2.16 Packet 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1/0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1/0功能验证时，只需将外 设连接在底板的相应1/0连接器上即可实现。本实施例中1/0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i正板卡的显示功 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Pl、 P2相连，即与64bit, 33/66MHzCPCI 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Pinl与Pin2连接，M66EN为高电平，板卡 插在底板插槽上时，CPCI板卡上的Jl连接器34与板卡插槽上的Pl连接 器33 (如主槽上的Pl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 CPCLRST/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-睑证而设计的。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。
权利要求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/0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l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釆用 跳线形式设置。
专利摘要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。
文档编号G06F13/40GK201069567SQ20072016983
公开日2008年6月4日 申请日期2007年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者明 刘, 汪福全, 褚越杰 申请人:中国科学院计算技术研究所