單板計算機 (SBC) 為構建智能設備提供了一種便利的方式，這些智能設備適用于涵蓋如工業、媒體、醫療健康和通訊等領域的眾多應用。

開發工作集中在各種標準化外形尺寸上，如 Mini-ITX、EBX 和 PC/104，且利用硬件和軟件開發方面的既有標準，將規模經濟從桌面 PC 市場帶入嵌入式領域。

第一代 PC/104 標準基于 PC ISA 總線基礎制定，納入了單個 104 引腳擴展連接器，允許開發人員通過堆疊多個電路板，在 ISA 總線上引入更多的功能，以構建可納入所有特性的計算子系統，從而滿足其特定需求。 90 mm x 96 mm PC/104 外形尺寸已得到廣泛認可，且這種解決方案以其緊湊的外形、高性能和可快速定制的特性，得到了嵌入式設計師的青睞。

圖 1：單板計算機中與 PCI Express 總線連接的 PC 資源。

由于桌面 PC 已快速發展，受到諸如互聯網和桌面多媒體等催化劑的推動，處理器性能和功能集成已呈現迅速上升的趨勢。 針對 PCI 更高性能、LPC（低引腳計數）總線和 PCI-Express 更少引腳的市場需求，總線標準也已得到相應發展（圖 1）。 由于 SBC 行業一直追求讓嵌入式開發人員從這些性能改進中受益，于是出現了新的電路板樣式，成為對后續總線標準的支持標準。 典型例子包括帶 PCI 總線和 ISA 連接器的 PC/104-Plus?（圖 2a），以及支持 PCI 和 PCI Express 的 PCI/104-Express（圖 2b）。

圖 2a：PC/104-Plus 為 PC/104 外形尺寸內的高性能 PCI 總線提供支持。

圖 2b：對 PCI Express 的完全支持已替代了后續 PC/104 標準中的 ISA 連接器。

在 PCI/104-Express 電路板上，PCI Express 替代了 ISA 總線。 PCI-Express 1 型連接器位于之前 ISA 連接器所在的位置。 支持這些標準的 SBC 已逐漸采用速度更快、功能更豐富的 PC 處理器，如 Intel? Celeron? 和 Atom? 系列。 處理器和總線改進的結合推動了 SBC 功能迅速向前發展。

對 SBC 的新需求

最近，物聯網 (IoT) 應用的不斷高漲已開始改變功率平衡。 新的 SBC 版本和更小的外形，如基于 ARM? 處理器和開源 Linux 分布的 Raspberry Pi 和 BeagleBoard SBC，正在進入市場，以滿足低成本、低功耗和多 I/O 的需求。 這些類型的電路板較少針對高處理速度和數據傳輸速度，更多的是提供大量信道、中低帶寬以及對多種標準的支持。

PC/104 系列等標準繼續發展，以滿足要求中等處理性能和 I/O 的 IoT 應用，如聯網的工業控制設備、智能自動售貨機或者智能交通基礎設施。 特別值得一提的是，對 PCI Express 提供完全支持的格式允許用戶為一個信道配置高達 16 條通道。 盡管這可確保支持高性能圖形或數據密集型傳輸，但開發人員通常會使用該處理器資源達到任何圖形和大量數據的需求。 PC/104 聯盟發現，對 PCI Express 的完全支持通常未被使用。

這類使用方式的改變已推動最新標準 PCIe/104 OneBank? 的出現。 OneBank 移除了三分之二的 PCI Express 庫，從而讓標準的 156 引腳 PCI Express 連接器被左下方的 52 引腳連接器替代（對應 Bank One 的標準 PCIe/104 連接器）。 這樣可通過傳統 PCI/104-Express 和 PCIe/104 模塊實現向后兼容，并且也可節省約 0.5 in2 的電路板空間。 另一方面，盡管 PCI Express 支持已降至四個 x1 通道，更快的 Gen 3 速度可為許多工業監測和控制應用提供大量帶寬。

支持最新 OneBank 標準的 SBC 包括 SBC 的 Versalogic Bengal 系列，如 VL-EPME-30EAP，它可在電路板上提供本地 USB3.0、USB2.0、SPI、SATA 和雙以太網連接。 此外，還有 18 個 3.3 V 數字 I/O。 提供單核、雙核或四核 Intel Atom 處理器選擇。 通過使用 OneBank 連接器堆疊額外的 PCIe/104 模塊，主要連接可以按需擴展。 這些可以是現成模塊，或者是為滿足單獨 I/O 需求而設計的定制電路板。 OneBank 連接器為開發人員擴展計算系統提供了多種高性價比選擇，以滿足其應用需求。 在工業或環境監測應用中，項目可能需要大量模擬 I/O。 另一方面，可能需要無線連接，或者當遠程 IoT 設備安裝在沒有其他基礎設施可用的位置時，需要蜂窩連接。

PC/104 標準的可堆疊性質允許在必要時添加多個電路板，以提供全部所需的連接。 根據 PC/104 聯盟的信息，大多數 PC/104 項目使用一個或兩個堆疊的電路板。 Bengal VL-EPME-30EAP SBC 采用 5 V 電源，空閑功耗僅為 5.5 W，最大動態功率為 7.5 W。

定制 SBC I/O 的另一種方式

若項目需要添加更多 I/O，采用能處理 I/O 而不增加處理器負載的定制堆疊模塊將面臨復雜的設計挑戰。通過在電路板上集成 Rabbit RIO 智能 I/O 處理器，Digi International 利用 SBC 提供了一種替代方法，如 Rabbit BL4S110。 RIO IC 擁有八個獨立的功能塊，帶有能配置為雙向 I/O 或外設功能的四個輸出，如 PWM 生成、基于邊緣或級別的中斷、信號捕捉/計數或者正交解碼。 作為智能 I/O 子系統，這種設備允許開發人員為控制任務、數據處理和通信使用 SBC 的 40 MHz Rabbit 4000 處理器。

除了 Rabbit RIO 提供的資源，BL4S110 已在電路板上集成 XBee? ZigBee? PRO RF 模塊以及 10Base-T 以太網，從而實現了 ZigBee-to-Ethernet 網關功能。 還有內置的 web 服務器，它能讓網頁使用 ZigBee AT 和 API 命令庫控制啟用 ZigBee 的網絡。 此外，BL4S110 可提供 2 個 RS-232 串行端口，8 個模擬輸入和 20 條數字 I/O 線路。 這些 I/O 和控制功能可在不增加擴展卡的情況下實施。 電路板基底面介于 PC/104 和 EBX 基底面之間，尺寸為 96 mm x 146 mm。

結論

PC 處理器性能和集成程度的提高，加上資源和功率受限型 IoT 端點對分布式智能不斷增長的需求，催生了新一代的單板計算機。 熟悉 PC/104 的開發人員可以抓住這樣的機遇，利用諸如 VersaLogic 的 Bengal PCIe/104 OneBank 系列電路板，繼續加強在外形尺寸方面的投入。 Rabbit RIO 可配置智能 IC 為滿足多 I/O 連接的應用需求提供了不同的方法。