加固计算机规范简介

加固计算机规范简介

概况

1.什么是计算机加固

所谓加固，就是为适应某种恶劣环境，在计算机设计时对影响机器性能的各

种因素，诸如系统结构、电气特性、机械结构等所采取的相应保证措施。也就是

说，计算机要在各种恶劣环境下使用，都应采取相应措施，否则，机器难于正常

运转，所采取的措施就是对机器进行加固。

本文中所说的计算机主要包括小型计算机和微型计算机，也包括相应的外围

设备。其中，计算机包括服务器、工作站、个人计算机、嵌入式计算机。

2.我国的特点

世界情况各不相同，就地理、政治情况来讲，我国有以下特点：

①地域、领空辽阔；

②有众多的江河、湖泊；

③有大片的沙漠：

④有数万公里长的海岸线；

⑤有辽阔的海域；

⑥有其他特殊的使用环境；

⑦我国的军事行动重点是保卫本国，而不是针对全球。

由于使用环境各不相同，因此，对机器的加固要求就各不一样。

—.机器的加固标准

目前尚未发现国外有国家一级的计算机加固标准。如上面所说，由于国外的

地理位置、环境状况、军事目的与我国大不一样，即使别国有加固标准，也难适

合于我国的要求。

我国有国家标准（民标）、行业标准（民标）、国家军用标准（国军标）、

行业军用标准（国军标）。计算机没有地方标准。到目前为止，我国的国家标准

虽有计算机规范，但它只是针对室内使用的普通计算机制定的标准；行业标准和

行业军用标准都没有制定专门的加固机标准：惟独国家军用标准针对加固需求制

定了标准。在国家军用标准中，不仅有计算机标准，而且还有配套的外围设备标

准。这些国家军用标准都含有加固的要求。

具有加固要求的国家军用标准如下：

GJB322A-1998《军用计算机通用规范》；

GJB925-1990《串行击打式军用打印机通用规范》；

GJB926A-1999《军用计算机用阴极射线管显视设备通用规范》；

GJB928-1990《军用软磁盘机通用规范》；

GJB1316-1991《军用温式磁盘机通用规范》；

GJB1901A-2003《军用巨型计算机通用规范》；

GJB1945-1994《军用计算机键盘通用规范》；

GJB2023-94《飞控计算机通用规范》；

GJB3221-98《机载大气数据计算机通用规范》。

与计算机有关的国家军用标准还有一些，但不是专门针对“加固”制定的，

所以没有在此列出。

三.加固机的分类

加固机可以用各种方法进行分类。在标准（主要是GJB322A军用计算机通

用规范）中有两种分类方法，即按使用环境和加固方式进行分类。两种情况的分

类如下：

1.按使用环境分类

按使用环境分为以下六类：

①地面环境

a）有空调机房环境；

b）无空调机房环境；

s）野外环境。

②车载环境

a）有空调，载体静止环境；

b）无空调，载体静止环境；

c）无空调，载体挪移环境。

③舰载环境

a）有空调，舱室环境；

b）无空调，舱室环境；

c）有掩蔽的舱外环境；

d）无掩蔽的舱外环境；

e）潜艇（水下）环境。

④机载环境

a）可控环境；

b）不可控环境。

⑤发射式环境

a）陆基发射式环境；

b）水下发射式环境；

c）空中（飞机、卫星、飞船等飞行器）发射式环境。

⑥其他使用环境。

2.按加固形式分类

按加固形式分为以下I四类：

①普通型（共2类）；

②初级加固型（共2类）；

③加固型（共5类）；

④全加固型（共7类）。

各种加固型的类别名称详见下面第四大条的第2小条“各类加固的环境要求

及部份参数”。

四.加固机的技术要求

对于技术标准来说，某种机器是不是加固机，是属于哪一类加固机，都要反

映在标准中，要在标准中的“技术要求”条款中用一些必要的数据表示出来。在

现有国家军用标准中，针对每种加固类别，都给出了相应环境要求的各种必要参

数。

另一方面，现有的标准都是产品的通用标准，而不是专门针对环境要求制定

的标准。为了一项标准的完整性，因此，在标准的技术要求中，不仅有与环境相

关的技术内容，而且有与环境关系不大的内容，例如机器的功能、软硬件要求、

安全等。为便于对加固性能集中叙述，故在本文中将机器的性能分为两类，一类

是与加固类型关系不大的技术要求归为“通用要求”，另一类是与加固类型密切

相关的技术要求。以下简单介绍这两种要求，这些要求以GJB322A为例。

1.产品的通用要求

主要的要求如下：

①外观结构：各类的要求一致。

②硬件、软件、结构设计：各类的要求一致。

③机器性能：由于产晶更新换代非常快，而且各用户对产品的性能要求不

一样，因此只给出了参考值。

④安全性：各类的要求一致。

⑤电磁兼容：各类的要求一致。

⑥可靠性：可靠性虽然与环境条件有关，但主要是根据用要求提出来的。

在标准中给出了MTBF的系列值，这个系列中的任何一个值都不是针对某个具体

环境。

⑦维修性：各类的要求一致。

2.各类加固的环境要求及部份参数

加固机与环境有关的内容包括工作温度、湿然、振动、冲击、自由跌落、加

速度、压力（气压）、噪声、日光辐射、外壳防水、易爆性大气、吵尘、霉菌、

盐雾、运输、抗核加固。

上述加固要求并非各种类型的加固机都要采用，而是根据各类加固要求适

当选用，例如，地面固定有空调机房环境的机器就没有必要对日光辐射、防水、

吵尘、霉菌、盐雾等提出要求。

下面给出计算机标准中各类加固的具体环境要求，凡没有提到的环境即是没

有要求，某些要求也给出了具体参数。计算机和各种外设的加固类型和相应指标

详见相应的国家军用标准。

①普通型

a）适合于地面固定有空调机房环境：

规定了，作温度（15℃飞5℃）和湿热要求，振动（20Hz~60Hz）和冲击是

可选项。

b）适合于地面固定无空调机房环境：

规定了工作温度（0C~40℃）和湿热要求。振动（20Hz〜60Hz）和冲击是

可选项。

②初级加固型

a）适合于车载有空调载体静止环境：

规定了工作温度（5℃~40℃）、湿热、振动（5Hz~200Hz）、冲击、自由

跌落和运输要求。压力、霉菌和盐雾是可选项。

b）适合于舰载有空调舱室环境：

规定了工作温度（5℃~40℃）、湿热、振动（5Hz~80Hz）、冲击、自由跌

落和运输要求。外壳防水、霉菌和盐雾是可选项。

③加固型

a）适合于车载无空调载体静止环境：

规定了工作温度（-15℃~50℃）、湿热、振动（5Hz~500Hz）、冲击、自

由跌落和运输要求。压力、吵尘、霉菌和盐雾是可选项。

b）适合于舰载无空调舱室环境：

规定了工作温度（-15℃~50℃）、湿热、振动（5Hz~80Hz）、冲击、自由

跌落、外壳防水、霉菌和盐雾要求。运输是可选项。

c）适合于舰载有掩蔽的舱外环境：

规定了工作温度（-15℃~55℃）、湿热、振动（5Hz、80Hz）、冲击、自由

跌落、外壳防水、霉菌和盐雾要求。易爆性大气和运输是可选项。

d）适合于潜艇环境：

规定了工作温度（0℃~40℃）、湿热、振动（5Hz~80Hz）、冲击、自由跌

落、外壳防水、霉菌和盐雾要求。易爆性大气和运输是可选项。

e）适合于机载可控环境：

规定了工作温度1-20℃~40℃）、湿热、振动（10Hz~2000Hz）、冲击、

自由跌落、加速度、压力和噪声要求。外壳防水、易爆性大气和运输是可选项。

④全加固型

a）适合于野外环境：

规定了工作温度（-40℃~50℃）、湿热、振动（5Hz~200Hz）、冲击、

自由跌落、日光辐射和外壳防水要求。压力、易爆性大气、吵尘、霉菌、盐雾和

运输是可选项。

b）适合于车载无空调的载体挪移环境：

规定了工作温度40℃~50℃）、湿热、振动（50Hz“500Hz）、冲击、自

由跌落和运输要求。压力、日光辐射、外壳防水、霉菌和盐雾是可选项。

c）适合于舰载无掩蔽的舱外环境：

规定了工作温度（-40℃~65℃）、湿热、振动（15Hz~80Hz）、冲击、自

由跌落、日光辐射，外壳防水、霉菌和盐雾要求。易爆性大气和运输是可选项。

d）适合于机载不可控环境

规定了工作温度-50℃~70℃）、湿热、振动（10Hz~2000Hz）、冲击、

自由跌落、加速度和压力要求。噪声、日光辐射、外壳防水、易爆性大气、吵尘、

霉菌、盐雾和运输是可选项。

e）适合于陆基发射式环境

规定了工作温度「50℃飞5℃）、湿热、振动（10Hz“50Hz）、冲击、自

由跌落、加速度和压力要求。噪声、口光辐射、外壳防水、易爆性大气、吵尘、

霉菌、盐雾和运输是可选项。

f）适合于水下发射式环境：

规定了工作温度（-30℃飞0℃）、湿热、振动（50Hz~300Hz）、冲击、自

由跌落、加速度、压力、霉菌和盐雾要求。噪声、日光辐射、外壳防水、易爆性

大气和运输是可选项。

g）适合于空中（飞机、卫星、飞船等飞行器）发射式环境。

规定了工作温度（-50℃~60℃）、湿热、振动（300Hz~2000Hz）、冲击、

自由跌落、加速度、压力、霉菌、盐雾和运输要求。噪声、日光辐射、外壳防水

和易爆性大气是可选项。

在上述要求中，贮存运输温度、恒定湿热、冲击、加速度、噪声是按普通型、

初级加固型、加固型、全加固型分别给出参数，而不是环境类别给出参数。也就

是说，同一加固型的这几项要求是一样的。

此外，对于某些应用情况，还应有其他特殊要求，如在核和空间环境下工作

的计算机还应具有抗辐射的能力。这些都要具体产品具体规定。

在标准中，还对各项技术要求给出了试验方法，以及判定产品是否合格的质

量保证规定等。

五.计算机加固标准未来情况和建议

1.从计算机的应用环境来看，其他新的应用环境条件可能有一些，但大多

数可以参照现有标准中的类似环境选择加固等级，所以，现有的计算机军用通用

规范GJB322AT的8暂时还没育修订的必要，而且尚无修订的打算。所以，现后

的GJB322A-1998目前是合用的。

2.我国的计算机国家标准GB/T9813-2000《微型计算机通用规范》正在修

订。据现在修订的情况来看，它的环境要求的指标远远满足不了恶劣环境条件下

的使用要求，例如，标准修改稿（草案）中的温度只适合于地面固定的室内较舒

适的环境。因此，该项国家标准即使完成定稿，但也不适合于民用或者军用加固

计算机使用。

3.我国的海、陆、空幅员泛博，环境复杂。在这些复杂环境条件下，不仅

在军事设施中运行着大量的计算机，而且在民用设施中也运行着大量的计算机，

某些民用环境的恶劣程度不一定比军用环境好。为了使计算机能在恶劣环境条件

下使用，在我国尚未制定民用加固计算机标准的情况下，建议民用加固计算机及

其外围设备使用军用计算机和外围设备规范的相应国家军用标准。

说明：若要“摘要、主题辞”，就用下面的内容，并将其移到前面去，若不要就

将其删去。

摘要：本文介绍了什么是计算机加固，我国的计算机及外围设备加固方面的标准，

标准中加固的分类情况，计算机加固标准的各种技术要求，计算机加固标准未来

的可能情况，并提出了使用计算机加固标准的建议。

主题辞：计算机加固标准

车载加固机技术特点与应用

发布时间：2022TT8来源：

1综述

电子技术和信息技术的发展，不仅使计算机内在的数据处理能力日新月异，同时

也使计算机的外部形式与应用形态产生了极大改变。计算机的应用需求,根据不同的应

用环境，逐渐从静态的家庭与办公领域，拓展到动态的有多种结构形式的机动环境中，

从而产生了能够抵御恶劣环境的新的计算机门类。加固型计算机一一从应用形态匕

有一体式、嵌入式、便携式、手持式等；从使用功能上，可以是台式、机架、平板、

挪移等；从加固的深度上，有初级加固型、加固型、全加固型等结构形式；从应用功

能上，可以是个人机动背负、车载、机载、舰载等。其中尤以车载加固机的应用，无

论在品种、数量与使用的技术上更为普及。

1.1应用

车载加固机目前广泛应用于国防、交通、新闻、地质、医疗、采矿、消防、救援等领

域。车载加固机应该是诸多特殊用途的特种计算机的一个独立门类，随着计算机应用需求

的不断普及，车载加固机势必会有更加广阔的应用市场。在医疗与救援中，急救处理车、

紧急救援车，消防指挥车；在传媒与新闻行业，采访车、转播车、信号发射车；在地勘与

采矿领域，勘测车、采集车等等；在国防与军事领域中车载加固机应用更为普及，无论是

指挥、通信、监控、导航、火控、勤务等等，无论何种车载系统都要以车载加固机为核心。

车载加固机不同于在一部挪移车辆中通过一部便携计算机外加一部手机所实现的

简单的通信连接，车载加固机的功能是作为一套完整的车载系统的核心，是车内的一

切电子设备的中枢平台，实现数据采集、数据处理、数据通信、系统监控、导航定位、

过程控制、故障诊断等复杂操作。

作为信息链中居于中枢地位的计算机系统，在迸入二十世纪九十年代后，伴有着

电子和信息技术的进步得到了长足的发展和运用。欧美技术发达国家的一些厂商无论

在加固计算机的技术理念还是在产品的架构体系、质量保证体系都有了比较清晰的技

术规范和专业化的研发规模，并源源不断的运用到机动装备中去。在车载、舰载、机

载领域，诸如美国的SBS公司、ZMicrosystems公司、SECS公司，德国的Kontron

公司；在挪移加固领域，如Fieldworks公司、ACME、GETAC等。这些公司针对不同的

应用场合，大都形成为了独具特色的产品体系和质量体系，诸如常态加固级、欧标加

固级、美军标加固级等，用来满足不同场合和环境条件的军事应用需求。

我国台湾地区，以研华、艾讯、凌华、威达等厂商为代表，在工业级计算机领域，

特殊是工业级CPCI总线技术、ETX总线技术和STX总线技术方面的研发能力和产品规

模都达到了相当的程度，并进入高速发展的阶段。这些高新技术性能与传统工控机产

品和技术的结合，也为车载加固计算机提供了良好的产品和技术基础。

国内车载加固机技术应用较之于国外水平相对滞后，无论是技术和工艺水平以及

产品化程度，还是规范化和研发的能力和规模，都还存在较大的差距。随着国家对国

防工业重视程度的提高和资金投入支持的加大，新的技术成就的日新月异，以及企业

对新技术和新工艺积极的跟踪、吸收、消化，这种差距正在呈现逐步缩小的趋势。一

些军工企业和民营高科技企业加大投入，运用最新的电子和信息技术成就，基于各自

的目标市场，研发和生产不同层次和不同目标需求的加固型计算机产品、周边设名和

系统。军工企业由于其先天的资源优势，在车载加固计算机的研发和生产上捷足先登，

已形成一定的产业优势，诸如中国电子科技集团公司15所，中船舶重工集团707、70

9、719所，中国航天科工集团8357所,湘计海盾，浪潮超越、以及其它军工院所等，

都针对各自的对口市场和应用目标形成为了相关的加固计算机部件、产品和系统。民

营高科技企业也涌现出艾雷斯科技、盛博科技、新松佳和、同普中视等，借鉴和吸

收国外的先进技术成就，投入有效资源从事车载加固计算机的研发和生产。在可■以

预见的将来，国内车载加固计算机定会形成产业化的垂直市场并进一步缩短与欧美

发达国家的差距。

1.2概念

对于车载加固机而言，虽然看上去只是应用场所的改变，但对于计算机的要求却

有了本质的变化，在家庭与办公中，使用环境应满足计算机的要求，而在野外机动使

用中，计算机要满足使用环境的要求。

为实现这种变化，车载加固机采取了各种相应的技术处理措施，提出了更高的技术要

求。一方面是车载加固机的外部，体现出比普通计算机要高得多的结构的密封性和坚固性，

使其具有防尘、防潮、防盐雾和抗振动、抗冲击、抗电磁干扰等特性，另一方面是对内在

部件鲁棒性提出的更高要求，如部件的耐热、抗疲劳，抗电磁浪涌冲击以及电源波动适应

性等。

1.3规范

军事电子和信息技术应用的快速变革，极大的提高了武器平台、战地指挥平台和

中央指挥平台的效能，特殊是基于数据链交互的信息指挥平台，更加体现了现代战争

的高技术特色。从某种意义上讲，数字化信息技术的运用已把传统意义上的战争疆域

概念限定在极度狭窄的时域空间，导致了现代军事学说的划时代变革一一从基于武器

平台的兵种机动合成作战到基于信息平台的快速、精确打击，使机动化战术失去了战

术存在的基础。通过伊拉克战争中美军陆军悖于常规的大纵深快速挺进更加左证了数

字化信息指挥平台的特殊重要性。信息化数据平台的无缝链接，已把现代军事学说提

高到一个跨时代的斩新阶段。

车载加固机在军事与国防中应用最为广泛，军事电子和信息技术由于其特殊的应用属

性，在现代战争的武器控制平台、战地指挥平台和中央指挥信息链交互平台中处于愈发重

耍的地位。军事用途的i-算机系统由于其中枢神经地位，必须保障其更可靠、更安全的运

行机制，才干保证计算机的各种敏感部件在恶劣环境下正常工作而不受影响。因此，军事

用途的计算机系统必须按照彻底能够经受苛刻环境考验的要求进行设计、创造，或者基于

最优化的计算平台选择实施可靠性、安全性为目的的加固技术措施。由于前种方式的时

效性和成本性等要素的先天缺陷，采用优选计算机平台进行加固的计算机是当前世界军

事用途计算机的主流形式。

正是因为军用计算机的重要性，国家为此制定了国家军用标准GJB322A-98《军用计算

机通用规范》。从而摆脱了早期生产的车载加固机并没有统一的技术依据的无序状态。《军

用计算机通用规范》颁布之后，车载加固机有了明确隹分类、具体的要求和可评价体系。

在CJB322A-98中，军用计算机从性能上分为：服务器、工作站、个人计算机、嵌

入式计算机和其他。而从类型上分为：普通型、初级加固型、加固型、全加固型.车

载加固机在应用时即可单机独立，亦可以多级级联或者并行使用。

GJB322A-98对车载环境规定：

1.3.1.2：车载环境

a.有空调，载体静止环境；

b.无空调，载体静止环境；

c.无空调，载体挪移环境。

GJB322A-98对军用计算机类型规定：

1.3.2.2a.a类：初级加固型适合于车载有空调。

1.3.2.3a.a类：加固型适合于车载无空调。

1.3.2.4b.b类:全加固型适合于车载无空调挪移环境。

GJB322A-98中，军用计算机从性能特性上分为

a.服务器：包括中心级服务器、部门级服务器、工作组级服务器；

b.工作站；

c.个人计算机；

d.嵌入式计算机；

e.其他。

在GJB322A-98中，通过一系列相关标准的引用对车载加固机在技术特点、环境要

求、质量保证、检验方法、交装贮运等方面做出了详尽的规定。

GJB322A-98《军用计算机通用规范》不仅作为军用计算机的通用规范，同时亦应

成为车载加固机业界的行业标准。

2技术特征

2.1性能特性

乍载加固机通常是由处理系统、显示器、电源、机箱等部件组成，与通用计算机

大体相同，但是部件的具体形态与结构有较大差异。。

车载加固机的实现目前主要有如下几种方式：

1、把优选的计算组合平台封装到特制的加固机箱内；

2、基于优化平台内核的自定义扩展功能重设计的单板计算机加固；

3、基于板级和部件级加固的系统级加固。

2.1.1需求特点

车载加固型计算机普通工作在沙尘飞扬、颠簸振动、高温寒冷、强电磁干扰等恶劣的

野外环境，而且使用频繁，甚至全天运行，通过油机或者电池供电。因此较之于通用计算

机有下述区别。

2.1.2内部配置

车载加固计算机在配置上的第一要务是核心处理系统的选择。区别于通用计算机，其

最大的特点是首先要在保证可靠性和安全性的前提下对计算性能进行选择。因此，不同于

通用计算机和传统工控机对CPU速度性能的刻意追求，而是在着意于满足计算性能的基础

上对计算平台的电气和物理性能的稳固性的要求，同时兼顾对其它系统部件（诸如载板、

存储、显示及其它I/O部件等）的性能时常性特殊的要求。

2.1.3结构形式

车载加固机机型分类：台式、机柜式、独立一体式、便携式。

机型图片见附录。

结构形式的重要性在于根据使用环境决定装载空间、安装方式和电缆连接要求。现在

越来越多的车载加固机采用开放的体系结构，使之能够在配件的性能和加固特性上具有更

多的选择，顺应主流的通用的计算平台。

2.1.4外部连接

车载加固机需要通过连接器接驳外部装置，越来越多样化的外部装置需要通过接口适

配器连接，而每增加一个接口连接器就是对车载加固机在可靠性与电磁兼容能力的一项考

验。有些专用车辆或者平台可为车载加固机提供独特接口，但普通平台没有这种能力，因

此要求车载加固机增强和扩充配接连接器的能力，从而通过标准总线接口交换数据。

2.2技术特点

2.2.1核心技术

以往车载加固机，通常选用传统商用或者传统工控机CPU板卡和其它组件封装在

加固机箱中，构成车载加固机系统。由于传统商用或者传统工控机CPU卡无论在电

气性能和机械性能的稳固性方面，都存在先天性的不足，使得基于此类平台的车载

加固计算机的可靠性和可用性难尽人意。进入2000年后，一些基于标准的高性能工

业级计算机总线技术开始应用于车载加固计算机领域，使其可靠性和可用性大幅度

提高。这些新的高性能的核心技术包括：CPCI总线技术、嵌入式计算机ETX总线技

术和STX总线技术等，为车载加固机提供了更加稳固的计算平台选择。

目前最普遍使用的车载加固计算机技术平台为：CPCI、VME、ETX、STX.PC104等。

以下择要介绍三种应用较为普及且具有良好技术前景的技术平台。

2.2.2CPCI计算技术平台

CPCI是CompactPCI的简称，是一种基于标准PCI总

线的小巧紧凑而又坚固可靠的高性能总线技术。它将VME

密集坚固的封装和极佳的冷却效能与通用便宜、技术发展

迅速的PC资源高度融合，定义了更加坚固耐用的PCI版

本。在电气、逻辑和软件方面，它与PCI标准彻底兼容。

使用标准的Eurocard外型插卡，安装于固定支架上。

2.2.2.1CPCI规格

•业界标准PCI芯片组，以低价格提供高性能

•单总线8个槽，可通过PCI桥扩展

•欧式插卡结构

•高密度气密2mm针孔接头

•前面板安装和拆卸

•板卡垂直安装利于冷却

.强抗冲击和振动特性

2.2.2.2CPCI的结构

CPCI板遵从Eurocard工业标准,定义了3U(100mmX160mm)6U(233.35mmX160

mm)两种板尺寸，其具体形状如图所示。3U高度是满足64位CPCI总线要求的最小尺寸；

61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。CPCI背板连接器

共有5个插座，JCJ5O规范只定义了J1和J2的信号线管脚，3U的CPCI板包括了J1

和J2的插座，J3~J5插座包含在6U的CompactPCI板上，J3~J5的信号定义保留。

CPCI系统由一个或者一个以上的CPCI段组成，每一个

段包括1块系统板(SystemSlot)和7块外围板(Peri

pheralSlot),板与板中心的间距为20.32mm。系统收

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IDSE

L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)。

2.2.2.3CPCI的三大关键技术

PCT局部总线

标准的Eurocard尺寸(根据IEEE1101.1机械标准)

HD(高密度)2mm引脚与插座连接器(IEC认可，Bellcore)

PCI是一种独立于处理器的数据总线，非但性能良好而且价格便宜。PCI局部总线定

义两种数据宽度：32位和64位，总线速度可达66MHZ,理论数据处理能力：32位为264M

B/S,64位为528MB/S。大多数计算机和操作系统都支持PCI。因为有大量支持PCI的产品，

使得PCI产品既便宜又容易买到。拥有这些优势，PCI总线非常适合在高速计算和高速数

据通讯领域中应用。

•欧式插卡机械结构

欧式插卡机械结构是一种由VMEbus推广的工业级封装标准。有两种欧式插卡规格：3

U和6Uo3UCPCI卡尺寸为160mmxlOOmm,6U卡为16cmmx233.35mm.。CPCI卡的前面板符

合IEEE1101.1和IEEE1101.10标准，并且可以包含可选的EMC密封圈以降低电磁干扰。

典型情况下前面板包含I/O接口，LED指示灯和开关。CPCI也支持IEEE1101.11的后面

板I/O。由于其易于维护的特性，后面板"0在电信设备上用的非常普遍。由于所有的连

线都连接在后部转接板上，前面的CPCI插卡没有任何连线，因此可以在更换板卡时无需

重新连线。

•针孔连接器

CPC1使用符合1EC-1076国际标准高密度气密式针孔连接器，其2mm的金属针脚具有

低感抗和阻抗，从而减少了高速PCI总线引起的信号反射，使CPCI系统在单总线段即可

达到8个槽，CPCI定义了5种接口：J1到J5。3UCPCI板卡惟独J1和J2两个接口，6U

板J1到J5都包括。J1和J2在3U和6UCPCI板卡上的定义是一样的，因此3U和61CPC

I板卡在电气上是可以互换的。

2.2.2.4CPCI与传统商用/工业PC的比较优势

采用CPCI架构的计算平台，相对于商业PC和传统的工业PC架构来讲，更能适应

相对作业环境较为恶劣的环境（诸如温度、冲击、振动、灰尘、电磁干扰、射频干扰

等），从而保证系统在恶劣条件下的稳定运行。

CPCI基于PICMG2.0规范。CPCI的电气特性与PCI总线相同，因此用户的软件和

普通PC兼容，现有的PCI外围卡也可以很容易移植到CPCI平台。PCI使用2nm高密

度针孔总线连接器，和使用金手指连接器的PCI卡相比，具有连接可靠、彻底气密的

特点，板卡的抗振性和抗腐蚀性大大提高。此外，CPCI板卡采用经过20余年现场使

用考验的欧规卡结构。欧规卡采用垂直安装、前抽取结构，提高了板卡的散热性、抗

振性和易维护性。

CPCI虽然与标准FCI属同一标准，二者还是有很大的不同。与传统商用PC和工

控机相比，CPCI具有如下优点：

1、系统抗振性强

□

CPCT板卡上下有导轨固定，板卡的前端通过气密性的针孔连接器和背板相连，每

个接头具有10kg的结合力。板卡可以通过面板螺丝固定在机箱上。CPCI板卡的先后

上下都被固定，因此系统抗振性大大提高

2、支持带电拔插

a

CPCT的背板使用长中短插针结构，其中Power和Ground针脚最长，可以保证板

卡安全的带电插入拔出。此外板选信号IDSEL,BDSEL#针脚最短，系统借由此信号可

以得知板卡是在插入过程或者是拔出过程。此外，CPCI制定了热插拔的硬件过程和软

件

管理接口，保证了板卡热插拔过程的有效性。

3、支持后走线，便于方便配线

a

CPCT的板卡的信号线不用从板卡前面板引出，可以通过背板将信号线用转接或从

后端引出。当更换板卡时，不需要更换信号线，这样减少了更换板卡的工作量并减少

因更换信号线而引起的出错概率。此外信号线从后端引出，设备前端也会比较美观。

4、板卡垂直安装，有利于散热

a

CPCT板卡采用欧规卡结构，板卡垂直安装，系统的散热气流从下而上吹，符合空

气对■流原理,散热效果好。

5、CPCI板卡具有更好的电气特性

臼CTO苜板插针和接头全部镀金，并严格定义了信号芦的最长长度,PCB板的住抗、

以禺电容、PCI上拉电阻阻值等电气参数，因此CPCI的

电气特性要优于普通ICI工控

机。

6、防腐和电磁屏蔽性好

CPCI使用2mm气密性针孔总线连接器，盐雾、酸谆和带电粉尘不能腐蚀总线。同

时，CPCI的全铝合金机箱外壳和板卡的U型弹簧片能给系统提供良好的电磁屏蔽保护。

7、抗静电好

CPCI板卡下端具有3段静也导出条，可以静电导出到大地。此外CPCI规定系统

的逻辑地和机箱地隔离，保持系统不受外界干扰。基于P1CMG1.0的工控机无法做到机

箱地和逻辑地隔离。

8、机箱深度浅，便于机柜安装

CPC1的机箱深度惟独258mm,大大短于普通工控机的机箱深度400~450nini,给机

柜安装留下了更大空间，便于用户安装其它配线设备。

2.2.2.5CPCI面临的挑战和未来技术选择的迁移

目前，CPCI产品设计者总能在工业标准定义的规范下所提供的功率与空间范畴内，实

现产品使用者对效能表现的期望以及满足周边装置的需求。随着整个产业界开始准备下一

代的X86处理器与技术，这些挑战也变得更加难以克服。这些挑战包括卡板的大小、可供

应的功率，以及散热问题等。目前的单槽CPCI处理器卡板采用1.7GHz的MobilePentiu

m4微处理器，最典型的是产生30Watts的功率消耗，这些卡板在大部份的CPCI系统中所

能提供的每槽50Watss功率的条件下是没有问题的，当设计者开始将目标放在3GHzPent

ium4微处理器，消耗SOWatts的功率时，在散热的处理上和空间限制上的挑战就变得比

较严重了。要解决这些挑战，设计者所要了解的不仅是在PICMG2.0中所定义的CPCI详细

规范，还包括了内存空间限制、板卡尺寸大小限制、散热技术设计等的种种假设.XfCPC

I卡板的产品使用者而言，也必须对下一代x86处理器会对平台的使用带来何种关连性的

影响要有一个系统性的概念。基于此，在当前x86处理器技术不断高速发展的情况下，用

户对抗恶劣工作环境的高性能计算平台的选择，特殊是期望产品有相对稳定的生命周期的

情况下，倾向从嵌入式及其相关技术产品一一诸如ETX(STX)或者有长周期支持的产品线

进行选择。这些产品并不像桌上型计算机或者服务器的处理器那样前端，生命周期是用

年而不是用月来计算。此外，该类产业也藉由mobileprocessor的使用而取得一些优

势，其处理器在电源供应的需求上和嵌入式以及电信领域的应用非常类似，同时，产品

功能的定义

和集成度具有更高的灵便性。

2.2.3ETX计算技术平台

ETX(EmbededTechnologyextended),是嵌入式工业标准总线技术。基于ETX技术

的核心模块，涵盖了高性能x86系列的CPU、芯片组、南北桥、显示芯片、网络芯片、音

频控制器、SuperI/O控制器等,是高度集成化的All-in-onePC基核。背面的4X100p

in总线引脚定义了PC的标准接口信号以及PCI和ISA信号等。应用时在基板上设计对应

的4XlOOpin插座，扩展的I/O功能可通过总线上的PCI或者ISA实现。ETX产品具有较

长的生命周期。

不同档次的CPU提供不同的性能。只需使用4个100-Pin的高密度的连接器就可以把

集成在ETX模块上的所有PC功能引到定制的包含用户额外功能的Baseboard(背板)上，

ETX模块与Baseboard合二为一，共同构成所需功能的板卡。基于ETX模块的产品很容易

升级，在Baseboard不变的前提下，只需插上新一代ETX模块即可。

ETX可安装在以下规范的板子上：

ATX、PICMG、CPCI、ISA、PCI、PC-104.PISA、VME与其它。

2.2.3.1ETX目标应用

当通用CPU板卡的功能、I/O接口、尺寸大小、连接器位置等不能满足应用需求时，

或者期望产品自身保持相当的生命周期，开放式标准的ETX是最佳选择。ETX是针对各类

专业应用的嵌入式PC主板，主要面向专用计算机系统的设计者和使用者。基于ETX设计，

可根据实际需要自定义板卡的形状、功能、尺寸、接插件位置和类型等，并能直接集成扩

展的"0功能。从而增加了主板的集成度，同时也缩短了开辟周期并简化了整个生产过程。

ETX应用系统都需要用户自己设计底板，在底板上设计四个ETX插座(X1-X4),以ETX

为核心，在周边设计I/O和PCI/ISA相关接口电路，PCB设计4层或者4层以上，电源最

好设计为单独的内电层。

2.2.3.2ETX总线接口

ETX接口由PCI、ISA总线及许多I/O口组成,它是通过四个lOOpin的连接器来实现

的

ETX连接器XI：PCI总线、USB、声卡

ETX连接器X2：ISA总线

ETX连接器X3：VGA、LCD(LVDS)、COM1/2、IrDA,键盘/鼠标

ETX连接器X4：EIDE(X2)、以太网、特性信号

2.2.3.3ETX模块包含的芯片和信号

表贴CPU

系统逻辑/套片

系统存储器

PCI&ISABUS

图形适配器

•VGA图形接口

LCD接口

USBmasters

2个E-IDE通道1个用于板内FlashDisk,另1个由ETX接口引出

•SUPERI/O控制器：串行接口(TTL电平)，IR通讯口，双向并行口，键盘/PS-2鼠标

口，软盘控制器

•1O/1OOMBLAN通过ETX接口引到Baseboard上的隔离变压器上

•IDEFlashDisk

其他附加信号

2.2.3.4ETXBaseboard

Baseboard也称为载板或者背板，是ETX模块的I/O出口（通过ETX接口）。

Baseboard可以提供标准的转换并输出PCI/O信号，如COM口TTL电平至RS-

232/422/485转换，AC-link至AC'97语音转换（经过AC'97CODEC）,Ethernet信号数

字至摹拟转换，输出并I」信号，IrDA、Floppy.ISB、IDE、LCD、CRT信号等等，ETX还

提供数个PCImaster和完整的ISA信号，这使得未来的设计者能够通过标准的PC总

线接口配备特殊的功能。另外，还可输出第二个IDE,以及其它的TTLLCD信号，可以向

Baseboard引出2组FPC接口，以更好地满足应用需要。

Baseboard的设计成本相对不高，Baseboard上可提供额外的功能并可把连接器准确

地安放在所需的位置。

2.2.3.5ETX插头高度配置

为了将ETX模块恰当地安装在Baseboard上，要给两块板子之间的元器件留有足够的

空间，ETX模块有两种不同的配置：TypeI/TypeII：

TypeI.

ETX模块使用4.6mm高的插头，为两板之间的元器件留出4.5m空间。

•TypeII.

ETX模块使用6.6mm高的插头，这种配置为Baseboard板上的元器件到ETX板之间留

有2mm以上的空间。

ETX接口由2对200-Pin连接器组成：ETX模块一侧有2个插头，分别命名为P1和P

2,Baseboard一侧有2个插座，分别命名为J1和J2。

2.2.3.6ETX基本开辟步骤

I、确认系统的主要功能和达到的性能，初步选择配置一种ETX

2、选择外围设备和接口芯片；

3、在台式机上开辟应用；

4、评估系统的能力和达到的指标；

5、反复修改配置和程序；

6、确认ETX配置和外围电路：

7、进行步骤3、4、5、6的同时进行PCB的设计、加工；

8、安装ETX,程序下载到ETX系统；

9、现场调试，修改程序。

2.2.4STX计算技术平台

STX（SmcirtTechnologyextended）在电气性能方面与ETX处于同一档次,但有

较之于更好的机械特性，更小的结构尺寸，更多的附加信号，支持PC104+,是快速开

发高集成度、高性能All-in-one单板专用计算机系统的理想选择。

STX允许独立于频繁更换部件的PC机的特殊应用并保证用户解决方案的长期性。

在持久的解决方案中由于使用最合适的SoM's模块，STX通常承诺最好的CPU和图形

性能而不改变用户的基板设计。

a

a

SoM6丫51©111-0口-2-\10€111105）是一个高度集成为了PC系统的Al1-in-One模块，

以STX为基础的STX模块，其集成为了所有通用PC的功能。是用户快速、高性价比

的单板机设计的高阶基础。所有System-on-a-Modules包含：

皿贴PIII级以上处理器

薪统逻辑/芯片组□

［系统内存

*C1&ISA总线

Zftll形适配器

3GA图形接口

邦字平台图形接口

邓个USB控制器

四个E-IDE通道□

一个用于板内Flash盘

另一个引到STX接口

“uperI/O控制器带有

2个串行UARTs作为TTL信号

引到STX接口

1个红外端口

1个双向并行端口

键盘&PS/2鼠标控制器

软驱控制器

*成AC'97声音系统的数字接口

卫0/100Mbit快速以态网控制器，引到STX接口

卫DEFlash盘

STX接口将内嵌式PC的传统PCB技术从保守的应用（如工业控制或者多媒体系统）

中分离出来。

以下是基于低功耗PI11400-850STX模块的相关特性描述

特性：

Intel低功耗PentiumIII850/700,6□

50/500,400处理器

4roSavageTwister和SuperSout

h芯片组

聊有4M共享显存的AGP4XSavage4

图形加速器

Z^O-DIMM插槽的PC133内存最高可达

1.5GB

皿成为了8-128MFlash盘

［柒成为了SoundBlasterPro硬件

物子尺寸：96X90mn

引到STX接口的SoM接口:

鼻FT显示和CRT监控器

袤频输入，音频输出

邓个USB

小个串口

心个并口

和E和FDC

甲盘利鼠标

^10/100MbitLAN

MCI&ISA

2.2.5.1电路设计步骤

1、基于应用确认系统主要功能和要达到的性能，并选择相应的STX模块；

2、基于系统要求确认开辟电路的主要功能、电气性能、接口数量和形式、结构形式、

机械尺寸等参数；

3、提出和论证解决方案；

4、硬件设计和开辟，同时在台式机上进行相应程序开辟和测试；

5、评估系统的能力和达到的指标；

6、PCB设计、审核、加工；

7、样板生产。安装STX模块，并将程序下载到STX系统；

8、EMI,温度实验,，振动测试;

9、样板处理及稳定度测试；

10、印刷电路修正及正式样板生产。

2.2.5.2电路功能、接口及机械结构说明

1、电路功能；

2、接口数量和形式；

3、电气性能；

4、机械结构。

2.3关键技术

为适应在恶劣环境中工作，车载加固机必须在设计与创造过程中采用许多特殊的

技术措施，以此保证使用要求。最为常用的技术措施有以下三项：

1、抗强电磁干扰设计；

2、抗恶劣环境能力设计；

3、可靠性设计。

2.3.1电磁兼容性

在GJB322A-98中规定了车载加固机的电磁兼容性要求，普通应符合GJB151A-97

《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》相应类别的有关规定。这表明车载加固

机应在以下方面达到GJBlblA-97的相关要求，并且按照GJB152A-97《军用设备和分

系统电磁发射和敏感度测量》所规定的测量方法通过测试。

1、RE102电场辐射发射试验；

2、CE102电源线传导发射试验；

3、RS103电场辐射敏感度试验；

4.CS101电源线传导发射敏感度试验；

5、CSU4电缆束注入传导敏感度试验；

6、CS115电缆束注入脉冲激励传导敏感度试验；

7、CS116电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度试验；

8、ESD静电放电试验。

为达到GJB151A-97的相关要求，通常车载加固机必须采取多种技术措施。

2.3.1.1屏蔽措施

不同类型的车载加固机所采用的屏蔽措施各不相同，当采用全封闭整体焊接.热

传导设计的机箱时，屏蔽措施仅仅限于机箱结合部位，而对于采用风冷的非封闭机箱，

电磁屏蔽的处理就将复杂不少。

通常电磁屏蔽的基本措施为：

1、机箱结合缝隙：选用镀铜合金簧片或者导电泡棉；

2、风冷通道：选用蜂巢式屏蔽通风波导网；

3、显示屏正面：选用高目防数信息泄漏电磁屏蔽玻璃（两层干法玻璃夹层中镶嵌250

目金属电磁屏蔽网）;

4、连接端口：选用军用航空插座，带屏蔽层导线并在导线两端增加磁环；

5、电源：引线输入端增加低通滤波器，尽可能缩短入线长度并接地；

6、对非金属外壳应在内壁涂覆性能良好的导电涂层,

2.3.1.2屏蔽方法

1、电磁屏蔽的方法较为复杂，往往会因为部件变化、结构外形与材料变化或者电磁材

料的变化使整机的电磁兼容性能产生波动，因此稳定的生产工艺与质量检验决定

了整机的电磁兼容指标。

2、对测试的频段进行具有针对性的有效屏蔽是提高整机电磁兼容指标的良好方法°对

于频段的高低两端的屏蔽可以适当放松，而针对含有有效信息的频段采用卓有功效

的屏蔽。

2.3.2环境适应性

2.3.2.1部件处理

直接选择电磁兼容性符合要求的显示器、硬盘、光驱、键盘、鼠标等产品是最理

想的方法，但是由于此类产品价格甚高，普通价格是同类商用产品的十数倍或者数十倍,

不少时候出于产品成本的考虑，往往需要创造者自己完成部件的抗恶劣环境加工，使

部件达到预期要求。

通常的抗恶劣环境加工包括：提高环境适应能力，提高抗冲击振动能力，提高电

磁屏蔽能力。

抗恶劣环境加工的方法普通为：

1、选择经过质量认证的部件产品；

2、进行测试、筛选与老化；

3、进行多方面抗恶劣环境处理。

2.3.2.2结构设计

2.3.2.2.1机箱

车载加固机要承受载体行进带来的振动和颠簸所造成的扭力与冲击，而保证整机

的正常完好，同时应能畛满足GJB322A-98规定的相应要求。通常全加固型车载加固机

采用导冷技术与全封闭机箱，而初级加固型车载加值机多采用风冷机箱。

整体焊接或者铸造的封闭机箱坚固、密封性好；普通无风道设计，通过箱体放热,

箱体材料多为铝或者其它质量较轻合金材料，使用时可安装于19〃标准机柜或者直接

固定于车壁，合用于履带式或者重型车辆。

非封闭型机箱通过风机冷却，由此带来了电磁屏蔽与三防处理问题，且因风机为

机械部件，需要维护保养。但由于造价较低，应用广泛，普通普通车辆装载的车载加

固机多为此类机箱。

在非封闭型机箱类型中的双层机箱是一种有创意的设计，该机箱分为内外两层，

外机箱箱壁上安装航空连接器、电源与显示器等外部设备并通过减振器支撑内机箱，

而内机箱中安装CPU、便盘等核心部件。内外机箱的结合，既提高了电磁屏蔽的性能，

又起到了与外界隔离的作用；既降低了外部环境对加固机的影响，又保持较低的机箱

造价。

2.3.2.2.2减振

车载加固机为满足GJB322A-98中3.9.4〜3.9.8规定的要求必须采取减振措施缓

冲。常用的减振的方式为：

材质减震器作用部位

拉簧

金属簧三维减振弹簧机箱

无谐振峰避振器

胶圈

机箱

橡胶胶柱

部件

胶球

衬垫

工程塑料部件

垫圈

一些车载加固机使用多重减振技术，如控制台式车载加固机构架底部与腰部使用

减振器减振，内层机箱与控制台结构使用橡胶圈减振，而对硬盘使用空心橡胶柱减振。

2.3.3稳定性

为使车载加固机能够稳定工作，除J'在可靠性与安全性应满足GJB3