CN102749963A

CN102749963A - 模块化嵌入式主板

Info

Publication number: CN102749963A
Application number: CN2011100981992A
Authority: CN
Inventors: 陈志列; 刘启晌; 骆守权; 刘君玲
Original assignee: EVOC Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: EVOC Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明公开了一种模块化嵌入式主板，所述主板包括不设置IO接口的核心板，所述核心板上设置有用于与IO接口电气连接的核心板IO连接器和核心板总线连接器。本发明提供一种核心板可集中设计且重复利用率高、占用面积小、扩展灵活、无需使用过多线材的模块化嵌入式主板。

Description

模块化嵌入式主板

技术领域

本发明涉及一种计算机的主板，尤其涉及一种模块化嵌入式主板。

背景技术

随着“物联网、智慧地球”等概念的形成，嵌入式工业计算机应用边界已变得日渐模糊。从传统的工业控制延伸到了我们生活中的许多方面，如：博彩、金融、零售、市政、交通、电力、环保直至军工等等行业，然而由于行业应用分散，需求各异，个性化和定制化成为了市场主要形态，不同的应用有不同的功能需求，嵌入式计算机开发企业要针对用户需要设计符合其功能需求及外观需求的产品。这就决定了嵌入式计算机再也无法形成类似商用计算机及传统IPC(Industrial Personal Computer，工业个人计算机)的标准化、规模化生产模式。但“多品种小批量”的市场特点势必会增加产品的总体开发成本。

为了解决上述问题，需采用一种在保证产品可靠性和稳定性的前提下，既可满足客户的个性化需求，又能形成规模化生产的嵌入式主板的模块化架构，来减少开发成本，提升产品的竞争力。

现有PICMG COM Express和ETX Express规范都属于模块化架构，是采用核心板+载板的方式形成嵌入式整机，但这种方式存在一些缺陷：1、核心板不能单独外接只有IO接口的扩展板工作，必需配合有电源输出供给核心板和IO接口的载板才能工作。2、核心板与载板连接的板对板连接器是专用连接器，连接器采用单点接触，啮合部分行程很短，在震动大的环境下连接不可靠，且该连接器属于高端专用连接器，价格比较贵。3、依此两种规范设计的核心板不能直接接入市面上常见的ATX电源，必需配合含电源和IO接口的载板才能正常使用。4、按此两种规范设计的机箱如果需要扩展与核心板平行的扩展卡非常不方便，需要至少两次转接才能满足，且小的扩展IO接口板不能接在独立的连接器上使用；扩展IO接口方向不灵活，一般只能使用90°连接器接口，不能多方向选择，而且部分占位较大的90°连接器接口不能堆叠太多，接口需求较多时可能需要通过增加线材来引出接口。

现有MINI_ITX及ATX系列规范在扩展上也属于模块化，是采用主板+扩展槽的形式形成整机，主板接上常用电源后即可工作，但是这种方式存在一些缺陷：1、IO接口是直接焊接在主板上的，当IO接口需要变换时就可能需要重新设计主板。2、主板面积较大，在空间较小的场合难适用。3、IO接口变换不灵活，容易出现同芯片组的重复开发。4、扩展与主板平行的扩展卡时，扩展卡经两次单点接触式的金手指方式转接，增加了连接失效的几率。

现有PC/104系列规范采用的是针孔式连接器，做成嵌入式主板整机时采用堆叠式扩展方式，通常使用线材将主板或扩展板上的插针式IO接口转接成标准IO接口固定到机箱上。但是这种方式存在一些缺陷：1、主板面积小难布下性能较高的芯片组，整机处理性能表现一般。2、IO接口通常使用线材连接，不利于达到连接可靠性高和整机内部空间简化的目标。3、堆叠式扩展的方式导致散热比较难解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核心板可集中设计、占用面积小、扩展灵活、核心板重复利用率高、无需使用过多线材的模块化嵌入式主板。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模块化嵌入式主板，所述主板包括不设置IO接口的核心板，所述核心板上设置有用于与IO接口电气连接的核心板IO连接器和核心板总线连接器。

所述核心板总线连接器包括PCI/104总线连接器和/或PCIE总线连接器。

所述核心板上插装有IO接口板，所述IO接口板上设有IO接口板连接器，所述IO接口板通过所述IO接口板连接器和所述核心板IO连接器插接。

所述核心板上还插装有总线转接板，所述总线转接板上设有总线转接板连接器和标准总线插槽，所述总线转接板连接器插接在核心板总线连接器上，所述标准总线插槽用于扩展标准总线设备。

或者所述核心板上只插装有总线转接板。所述总线转接板上设有总线转接板连接器和标准总线插槽，所述总线转接板连接器插接在核心板总线连接器上，所述标准总线插槽用于扩展标准总线设备。

所述核心板IO连接器和所述IO接口板连接器分别为相互插接的排母连接器和排针连接器，所述核心板总线连接器和所述总线转接板连接器分别为相互插接的排母连接器和排针连接器。

所述IO接口板连接器和所述总线转接板连接器为直针式排针连接器或弯针式排针连接器。

所述核心板上插装有载板，所述载板上设置有电源、载板IO连接器和/或载板总线连接器，所述载板IO连接器和/或载板总线连接器分别与所述核心板IO连接器和/或核心板总线连接器插接。

所述载板上还设置有IO接口和/或标准总线插槽，所述标准总线插槽用于扩展标准总线设备。

本发明将IO接口从核心板上独立出去，然后对核心板进行集中设计，核心板上含有处理芯片及其它元件，使其具有所有的处理功能，此外还增加了核心板IO连接器和核心板总线连接器，用于扩展IO接口和标准总线设备。加强了核心板的核心功能，使得核心板占用面积较小，将IO接口和总线扩展独立设计，可根据需要独立开发IO扩展模块或总线扩展模块，扩展灵活，核心板重复利用率高；采用核心板IO连接器和核心板总线连接器分别对IO扩展模块或总线扩展模块进行板对板的连接，无需使用过多线材。连接可靠性高、成本低，且通过改变IO扩展模块或总线扩展模块上的连接器，即可改变核心板与IO扩展模块以及总线扩展模块之间的连接方向。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例第一种扩展方式的结构示意图；

图3是本发明实施例第三种扩展方式的结构示意图；

图4是本发明实施例第四种扩展方式的结构示意图；

图5是本发明实施例第五种扩展方式的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种模块化嵌入式主板，所述主板包括不设置IO接口的核心板10，所述核心板10上设置有核心板IO连接器101和核心板总线连接器102。核心板10是本发明的核心，核心板10上设置有处理芯片及其它配合元器件(图中未示出)，使其具有处理的功能，如果需要扩展其他例如通讯等功能，可通过核心板IO连接器101和核心板总线连接器102为核心板10扩展IO接口或标准总线设备。因此，核心板10上设置的核心板IO连接器101和核心板总线连接器102主要用于核心板10的扩展。采用核心板IO连接器101和核心板总线连接器102分别对IO扩展模块和总线扩展模块进行板对板的插接，无需使用过多线材，解决了线材使用过多问题。

如图1所示是核心板10的主要结构。核心板10为方形板，所述核心板IO连接器101、核心板总线连接器102分别设置在核心板10四个侧边中的两个不同侧边的板面边缘。所述核心板总线连接器102包括PCIE总线连接器102a和PCI/104总线连接器102b，二者并排设置在核心板10一侧的板面边缘。PCIE总线连接器102a用于PCIE总线设备的扩展，PCIE总线可以支持多种规格，例如PCIEx16、PCIEx8、PCIEx4、PCIEx1四种规格，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求，常见的PCIE总线设备包括PCIE网卡、声卡、显卡等设备；PCI/104总线连接器102b用于PCI总线设备的扩展，常见的PCI总线设备包括PCI网卡、声卡、显卡、MODEM等设备。同时设置这两个总线连接器的主要作用是可选择性同时扩展PCIE总线设备和PCI总线设备，或者只扩展PCIE总线设备和PCI总线设备中的一种。

通过核心板10和不同的板进行插接，可实现主板的多种扩展：

如图2所示，主板的第一种扩展方式：在核心板10上直接插装IO接口板20，主板形成核心板10+IO接口板20的结构。所述IO接口板20上设有IO接口板连接器201，所述IO接口板20通过IO接口板连接器201与核心板IO连接器101插接固定在一起，进行电气连接。通过IO接口与主板分离设计，解决了MINI_ITX及ATX系列规范中主板面积大导致应用空间受限、IO接口变换就可能需要重新开发主板及扩展水平扩展卡时会增加一次金手指连接的不可靠问题。

如图3所示，除去图中IO接口板20是主板的第二种扩展方式：在核心板10的PCIE总线连接器102a和PCI/104总线连接器102b的至少一个中插接总线转接板40。其中插接在PCIE总线连接器102a时，是用于PCIE总线设备的扩展，PCIE总线可以支持多种规格，例如PCIEx16、PCIEx8、PCIEx4、PCIEx1四种规格，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求，常见的PCIE总线设备包括PCIE网卡、声卡、显卡等设备，插接在PCI/104总线连接器102b时是用于PCI总线设备的扩展，常见的PCI总线设备包括PCI网卡、声卡、显卡、MODEM等设备，同时插接在PCIE总线连接器102a和PCI/104总线连接器102b上时，是可选择性的扩展PCIE和PCI总线设备中的至少一种。在核心板10上插装总线转接板40，主板形成核心板10+总线转接板40的结构。所述总线转接板40上设有总线转接板连接器402和标准总线插槽(图中未示出)，所述总线转接板连接器402插接在核心板总线连接器102上，总线转接板40的标准总线插槽(图中未示出)可以插接扩展卡60，扩展卡60用于扩展标准总线设备。

如图3所示，是主板的第三种扩展方式：将前两种方式合并形成第三种扩展方式：在核心板10上插装IO接口板20、总线转接板40，主板形成核心板10+IO接口板20+总线转接板40的结构。所述IO接口板20上设有IO接口板连接器201，所述IO接口板20通过IO接口板连接器201和核心板IO连接器101插接固定在一起。所述总线转接板40上设有总线转接板连接器402和标准总线插槽(图中未示出)，所述总线转接板连接器402插接在核心板总线连接器102上，总线转接板40的标准总线插槽可以插接扩展卡60，扩展卡60用于扩展标准总线设备。

如图4所示，是主板的第四种扩展方式：所述核心板10插装有载板50，所述载板50设有载板连接器501，主板形成核心板10+载板50的结构。所述载板连接器501插接在核心板IO连接器101和/或核心板总线连接器102上，所述IO接口502设置在载板50上板面一侧边缘，所述载板50上还设置有标准总线插槽503和电源接口504。在实际设计时，根据需要设置载板50上的载板连接器501和载板上的IO接口502的种类和个数以及标准总线插槽503的种类和个数。所述IO接口502可包括但不限于串口、并口、USB接口、VGA接口、CAN接口等，个数不做限制，所述标准总线插槽503可以是满足PCI、PCIEx1、PCIEx4、PCIEx8、PCIEx16等规格的总线插槽，个数也不做限定。当需要进行IO接口502和标准总线设备扩展时，所述载板连接器501既包括载板IO连接器501a又包括载板总线连接器501b，扩展时载板IO连接器501a和载板总线连接器501b分别与核心板IO连接器101和核心板总线连接器102进行插接，在载板上进行IO接口和标准总线设备的扩展。也可根据需要在载板50上只设置载板IO连接器501a或载板总线连接器501b，单独进行IO接口的扩展或标准总线设备的扩展。

如图5所示，主板的第五种扩展方式：在第四种方式的总线设备不与载板插接情况下，在核心板10上另外插装总线转接板40，总线转接板40插接有扩展卡60，主板形成核心板10+载板50+总线转接板40+扩展卡60的结构。总线转接板40上的总线转接板连接器402插接在核心板总线连接器102上，进行标准总线设备的扩展。这样设置的好处是，扩展卡60与载板50、核心板10平行设置，节省空间。所述扩展卡60用于扩展标准总线设备。所述载板50设有载板连接器501，所述载板连接器501插接在核心板IO连接器101上，进行IO接口的扩展。

如图1-5所示，图中所有连接器都可采用排针和排母的结构，这种结构可以解决类似COM Express和ETX Express规范中选用高端专用连接器带来的成本高、扩展和组合不灵活的问题。例如：所述核心板IO连接器101和IO接口板连接器201分别为相互插接的排母连接器和排针连接器，所述核心板总线连接器102和总线转接板连接器402分别为相互插接的排母连接器和排针连接器。其他的：如载板上的载板连接器也可以选用排针连接器，排针连接器针脚的脚距可以为2mm或2.54mm。为了改变IO接口板20、总线转接板40、载板50、扩展卡60与核心板10的相对位置，可选用排针方向不同的连接器来实现，例如排针为直针的直针式排针连接器、90°弯针的弯针式排针连接器，IO接口板连接器201、总线转接板40上的连接器可选用为直针式排针连接器或弯针式排针连接器，来进行IO接口板20和扩展卡60不同方向的设置，变换IO接口引出方向，实现扩展卡60相对于核心板10平行或垂直设置，利于机箱在空间上做变化。

本发明实施例通过对核心板IO接口连接器和核心板总线连接器的信号进行分段定义，可实现有选择的使用核心板支持的接口或标准总线设备。下面对核心板10上的连接器定义加以说明，具体设计时根据处理器和芯片组支持的情况来定：

表1核心板IO连接器101的信号定义：

表2核心板总线连接器102中PCIE总线连接器102a的信号定义：

102定义	A	B	C	D
					1	GND	PCIE_TX1-	GND	PCIE_RX1-
2	GND	PCIE_TX1+	GND	PCIE_RX1+
					3	PCIE_TX2-	GND	PCIE_RX2-	GND
4	PCIE_TX2+	GND	PCIE_RX2+	GND
					5	GND	PCIE_WAKE#	GND	PCIE_RST#
6	VCC12	GND	VCC12	GND
					7	GND	PCIE_TX3-	GND	PCIE_RX3-
8	GND	PCIE_TX3+	GND	PCIE_RX3+

9	PCIE_TX4-	GND	PCIE_RX4-	GND
					10	PCIE_TX4+	GND	PCIE_RX4+	GND
11	GND	VCC12	GND	CF61
					12	VCC12	GND	VCC12	GND
13	GND	PCIE_TX5-	GND	PCIE_RX5-
					14	GND	PCIE_TX5+	GND	PCIE_RX5+
15	PCIE_TX6-	GND	PCIE_RX6-	GND
					16	PCIE_TX6+	VCC3_3	PCIE_RX6+	VCC3_3
17	GND	VCC3_3	GND	VCC3_3
					18	VCC3_3	GND	VCC3_3	GND
19	GND	CLK_PCIE2-	GND	CLK_PCIE1-
					20	GND	CLK_PCIE2+	GND	CLK_PCIE1+
21	CLK_PCIE4-	GND	CLK_PCIE3-	GND
					22	CLK_PCIE4+	GND	CLK_PCIE3+	GND
23	GND	SMCLK	GND	SMDAT
					24	VCC3_3SB	GND	VCC3_3SB	GND
25	GND	USB7+	USB7-	VCC5

本发明实施例中，核心板总线连接器102中的PCIE总线连接器102a的信号定义最多可引出4个PCIE标准总线设备的扩展，还可引出一个使用USB总线的无线网卡设备的扩展。

核心板总线连接器102中的PCI/104总线连接器102b的信号定义：

核心板总线连接器102中的PCI/104总线连接器102b的信号定义与标准的PCI/104连接器定义一致，未作任何改变，可以做到兼容现有的标准PCI/104扩展卡。

Claims

1.一种模块化嵌入式主板，其特征在于，所述主板包括不设置IO接口的核心板，所述核心板上设置有用于与IO接口电气连接的核心板IO连接器和核心板总线连接器。

2.根据权利要求1所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板总线连接器包括PCI/104总线连接器和/或PCIE总线连接器。

3.根据权利要求1或2所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板上插装有IO接口板，所述IO接口板上设有IO接口板连接器，所述IO接口板通过所述IO接口板连接器和所述核心板IO连接器插接。

4.根据权利要求3所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板上还插装有总线转接板，所述总线转接板上设有总线转接板连接器和标准总线插槽，所述总线转接板连接器插接在核心板总线连接器上，所述标准总线插槽用于扩展标准总线设备。

5.根据权利要求4所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板IO连接器和所述IO接口板连接器分别为相互插接的排母连接器和排针连接器，所述核心板总线连接器和所述总线转接板连接器分别为相互插接的排母连接器和排针连接器。

6.根据权利要求5所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述IO接口板连接器和所述总线转接板连接器为直针式排针连接器或弯针式排针连接器。

7.根据权利要求1或2所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板上插装有载板，所述载板上设置有电源、载板IO连接器和/或载板总线连接器，所述载板IO连接器和/或载板总线连接器分别与所述核心板IO连接器和/或核心板总线连接器插接。

8.根据权利要求7所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述载板上还设置有IO接口和/或标准总线插槽，所述标准总线插槽用于扩展标准总线设备。

9.根据权利要求1或2所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板上插装有总线转接板，所述总线转接板上设有总线转接板连接器和标准总线插槽，所述总线转接板连接器插接在核心板总线连接器上，所述标准总线插槽用于扩展标准总线设备。

10.根据权利要求9所述的模块化嵌入式主板，其特征在于，所述核心板总线连接器和总线转接板连接器分别为相互插接的排母连接器和排针连接器，所述总线转接板连接器为直针式排针连接器或弯针式排针连接器。