英特爾、AMD 和其他處理器制造商集成到其最新處理器系列中的新功能引發(fā)了規(guī)范修訂，以利用新的 IC 架構(gòu)功能。負(fù)責(zé)修訂 COM Express 的個(gè)人也認(rèn)識(shí)到為可能的未來(lái)技術(shù)騰出空間的重要性。支持高級(jí)圖形和顯示對(duì)于嵌入式計(jì)算平臺(tái)的意義越來(lái)越大。設(shè)計(jì)過(guò)程的動(dòng)態(tài)還必須考慮嵌入式行業(yè)的小型化和移動(dòng)性趨勢(shì)，這繼續(xù)挑戰(zhàn)電路板和模塊供應(yīng)商開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化盡可能小的因素。

PICMG 發(fā)布的 COM Express Computer-On-Module 標(biāo)準(zhǔn)的 2.0 版，以解決由于最新處理器架構(gòu)提供的額外圖形和顯示功能而出現(xiàn)的下一代嵌入式系統(tǒng)要求。但是，利用這種增強(qiáng)的功能并將其應(yīng)用于小型開發(fā)需要設(shè)計(jì)人員對(duì) Revision 2.0 引腳類型定義以及實(shí)現(xiàn)它們的重要考慮因素有透徹的了解。

引腳類型 1 到 5：從傳統(tǒng)到無(wú)傳統(tǒng)

PICMG 組織獨(dú)立于供應(yīng)商的接口規(guī)范和外形尺寸的目標(biāo)是為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)，在該平臺(tái)上開發(fā)面向未來(lái)并承諾長(zhǎng)期可用性的產(chǎn)品。

引腳輸出類型 1 從單個(gè)連接器開始，并支持傳統(tǒng)主機(jī)和通信接口。Type 2 通過(guò)添加第二個(gè)連接器來(lái)構(gòu)建功能，Type 2 升級(jí)支持 32 位 PCI 接口和 IDE 端口，以支持傳統(tǒng) PATA 設(shè)備和 CompactFlash 存儲(chǔ)卡。還有更多支持 PCI Express 圖形 （PEG） 的 PCI Express 通道。將引腳輸出類型 3 與類型 2 進(jìn)行比較表明，在引腳輸出類型 3 上，僅替換了 IDE 引腳，從而為額外的千兆以太網(wǎng) （GbE） 功能讓路。因此，Type 3 沒有傳統(tǒng)接口，但現(xiàn)在最多支持三個(gè) GbE 通道。在引腳輸出類型 4 中，為 PCI 保留的引腳被重新分配，為 10 個(gè)額外的 PCI Express 通道創(chuàng)造空間。這些可用作 PCIe 通道 0-15 或第二個(gè) PEG 端口通道 16-31。最后，

引腳類型 6 將圖形提升到另一個(gè)層次

PICMG 開發(fā)了 COM Express 標(biāo)準(zhǔn)的 Type 6 引腳，專門用于利用新處理器系列的擴(kuò)展圖形功能。對(duì)于 Type 6，傳統(tǒng) PCI 引腳現(xiàn)在用于支持?jǐn)?shù)字顯示接口和額外的 PCI Express 通道。此外，以前分配給 IDE 接口的引腳現(xiàn)在保留用于仍在開發(fā)中的未來(lái)技術(shù)。SuperSpeed USB 是這些可能的未來(lái)技術(shù)之一，因?yàn)?16 個(gè)空閑引腳提供了足夠的線路來(lái)將 USB 2.0 端口實(shí)現(xiàn)為 SuperSpeed USB （USB 3.0） 端口，與 USB 2.0 相比，這需要額外的一對(duì)。

英特爾選擇了 PEG 的 COM Express 支持作為外部顯卡的高速總線。這些卡滿足日益增長(zhǎng)的性能需求，還支持不同的輸出設(shè)備。6 型引腳已專門定義以適應(yīng)這些要求。

引腳類型 6 通過(guò)提供三個(gè)專用于新數(shù)字顯示接口 （DDI） 的新端口來(lái)支持高級(jí)圖形選項(xiàng)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以為高清多媒體接口 （HDMI） 單獨(dú)配置這些端口，或分別為電氣兼容的數(shù)字視覺接口 （DVI） 或 DisplayPort （DP） 配置這些端口。DDI 端口 1 支持額外的串行數(shù)字視頻輸出 （SVDO）。SDVO 在類型 6 中的 PEG 端口上沒有復(fù)用（這種復(fù)用在引腳輸出類型 2 定義下是可能的）。但是，對(duì)于 Type 6，外部 PEG 圖形卡可以與嵌入式圖形并行使用，例如，用于具有四個(gè)以上屏幕的多顯示器應(yīng)用程序或用于使用通用圖形處理單元 （GPU） 的數(shù)據(jù)處理。

對(duì) SDVO 的支持現(xiàn)在正式成為 Rev. 2.0 中 COM Express 標(biāo)準(zhǔn)的一部分。借助英特爾芯片組支持的 SDVO 接口，COM Express 可以靈活地支持各種圖形信號(hào)。例如，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以輕松實(shí)現(xiàn) DVI。DVI 使設(shè)計(jì)人員能夠經(jīng)濟(jì)高效地集成數(shù)字顯示器和雙顯示器解決方案。

Type 6 允許開發(fā)人員通過(guò) DDI 使用 DisplayPort、HDMI 和 DVI 圖形接口。DisplayPort 是一種通用互連，與 HDMI 不同，它是 VESA 的免版稅標(biāo)準(zhǔn)化，確保其廣泛普及。DisplayPort 不僅具有 17.28 Gbps 的更高數(shù)據(jù)傳輸速率（與 LVDS 的 2.835 Gbps 和 DVI 的 4.95 Gbps 相比），而且還具有微包協(xié)議，允許標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單擴(kuò)展。DisplayPort 還支持輔助通道。這允許通過(guò) E-DDC、E-EDID、DDC/CI 和 MCCS 等 VESA 標(biāo)準(zhǔn)雙向連接到控制設(shè)備，以提供真正的即插即用操作。除了 DisplayPort 的靈活性之外，它的輔助通道還可用于外圍設(shè)備，如觸摸屏顯示器、USB 連接、相機(jī)和麥克風(fēng)。

DisplayPort 最終可能會(huì)取代 HDMI（當(dāng)前消費(fèi)市場(chǎng)最喜歡的接口）。HDMI 不是為嵌入式市場(chǎng)開發(fā)的，該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)是 HDMI 經(jīng)常受到驅(qū)動(dòng)和機(jī)械變化的影響。DisplayPort 更好地滿足嵌入式應(yīng)用需求，包括長(zhǎng)達(dá)七年的長(zhǎng)期可用性。

使用 Type 10 變得更小

Type 10 解決了更新的和極小的處理器的要求。從 Type 1 遷移到 Type 10 時(shí)需要注意一些差異，即使兩種引腳輸出類型相互兼容。在 pin-out Type 1 中，SATA 端口 2 和 3 被分配在 A 和 B 行中，但這些在 pin-out Type 10 中不再保留。這些針仍然可以用作 SATA 端口，但現(xiàn)在保留用于替代USB 3.0 等用途。從 Type 1 遷移到 Type 10 時(shí)，建議不要將 SATA 2 和 3 連接到模塊連接器上，以便模塊保持兼容并同時(shí)為 USB 3.0 做好準(zhǔn)備。表 1 顯示了差異。

表 1： COM Express Rev 2.0 規(guī)范從引腳排列類型 1 到引腳排列類型 10 的變化滿足了下一代超小型處理器的需求。

隨著 COM Express Rev 2.0 的到來(lái)，Type 10 和 Type 6 支持串口。這些引腳以前用于 VCC 12 V。但是，Kontron 等專業(yè)制造商通過(guò)在模塊上包含保護(hù)電路來(lái)確保與現(xiàn)有載板的兼容性。開發(fā)人員可以使用新功能，同時(shí)避免完全修改現(xiàn)有載板布局的時(shí)間和費(fèi)用。

另一個(gè)區(qū)別是 Type 10 使用第二個(gè) LVDS 通道、TV 輸出和 VGA 通過(guò) DDI 支持 SDVO 端口（或 DisplayPort 或 HDMI/DVI）。盡管從 Type 10 中被淘汰，VGA 支持也不會(huì)被遺漏，因?yàn)轭A(yù)計(jì)它在未來(lái)只會(huì)扮演次要角色。Type 10 模塊（例如 Kontron nanoETXexpress-TT）不僅為最新的顯示接口提供原生支持，還為雙獨(dú)立顯示器提供原生支持，因?yàn)樗鼈儗⒗^續(xù)支持 LVDS 通道。一直在使用控創(chuàng) nanoETXexpress-SP 等超小型模塊的客戶可能不會(huì)發(fā)現(xiàn)差異很大。基于 Atom 的 Type 1 模塊的設(shè)計(jì)使得模塊保留了前 VGA 和第二通道 LVDS 引腳的引腳以支持 SDVO。

Type 10 和 Type 6 現(xiàn)在也支持安全數(shù)字 I/O （SDIO），復(fù)用現(xiàn)有的 GPIO 信號(hào)?？蛇x地，添加兩個(gè) 3.3 V TTL 串行端口，這是許多傳統(tǒng)應(yīng)用程序所需要的。這些變化展示了 PICMG 標(biāo)準(zhǔn)在響應(yīng)市場(chǎng)需求方面的靈活性。這兩個(gè)端口可用于不同的用途，例如 RS-232、RS-485、CANbus 或其他雙線接口。

普遍的變化

影響所有 COM Express 模塊類型的進(jìn)一步變化是，目前形式的連接器現(xiàn)在已獲準(zhǔn)用于 PCI Express （PCIe） Gen2 信號(hào)。雖然連接器或其引腳沒有發(fā)生物理變化，但開發(fā)人員在路由模塊和載板時(shí)必須遵守 PCIe Gen2 的新規(guī)則。此外，AC‘97 引腳現(xiàn)在用于支持 AC’97 和高清音頻。

影響所有引腳的另一個(gè)變化是，除了以前的固件集線器之外，還有一個(gè)用于內(nèi)部和外部引導(dǎo)的新 BIOS 固件接口，該接口已由下一代處理器實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)串行外設(shè)接口 （SPI），是模塊和載板上固件閃存的未來(lái)接口。該規(guī)范保留了用于 SPI 的引腳。COM Express Rev. 2.0 為所有模塊類型指定了外部固件支持。低引腳數(shù) （LPC） 接口在早期版本中用于此目的，新模塊必須支持 SPI，但如果芯片組繼續(xù)支持它，仍可能通過(guò) LPC 從外部額外支持閃存固件。固件閃存發(fā)生這種變化的原因是新的小型處理器僅支持 SPI 引導(dǎo)設(shè)備。

隨著更小“緊湊”外形尺寸的首次亮相，優(yōu)勢(shì)隨之而來(lái)

COM Express Rev. 2.0 將新的緊湊型模塊的尺寸定義為 95 mm x 95 mm，除了減少占用空間外，物理要求、連接器放置和引腳排列與成功的完全一樣基本的外形尺寸。好處是廣泛采用的 2 型引腳設(shè)計(jì)現(xiàn)在也可用于空間受限的應(yīng)用（圖 1）。

圖 1：新的 COM Express 95 毫米 x 95 毫米緊湊外形尺寸支持符合 COM Express 規(guī)范的平板電腦大小的移動(dòng)設(shè)計(jì)。

概括

COM Express 模塊的更新規(guī)范是匹配新處理器架構(gòu)功能和市場(chǎng)需求的急需響應(yīng)。只有靈活地適應(yīng)小型化和圖形性能等新需求，標(biāo)準(zhǔn)才能具有可持續(xù)性。PICMG COM Express Rev. 2.0 標(biāo)準(zhǔn)為嵌入式設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)很好的指標(biāo)，可以預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展方向。作為唯一獨(dú)立于供應(yīng)商的模塊化計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，COM Express 繼續(xù)成為嵌入式市場(chǎng)未來(lái)高級(jí)應(yīng)用的重要推動(dòng)者。新的緊湊外形和 Rev 2.0 定義的兩個(gè)新引腳顯示，COM Express 概念的優(yōu)勢(shì)得到了完整保留。它們?yōu)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用程序的完全兼容性。

審核編輯：郭婷