一、概述
1、关于PCI
PCI即外部链接（Peripheral Component Interconnect）标准，或称个人计算机接口（Personal Computer Interface），通常简称为PCI，是一种连接计算机主板和外部设备的总线标准。英特尔公司早在1992年6月22日就发表了PCI 1.0标准。PICMG组织后成立，其使命是将广泛应用于台式机的PCI标准扩展到非台式机的更多应用领域。
欲详细了解外部链接（PCI）技术与标准介绍的请进入。
2、PICMG的成立与发展
PCI工业计算机制造商组织（PICMG，PCI Industrial Computer Manufacturers Group）成立于1994年，是一家非营利性行业联盟，由英特（INTER）公司牵头，已由国际上超过数百家各类公司企业参加，其致力于为高性能嵌入式计算应用制定开放、可互操作的模块化标准。
PICMG最初成立的目标非常明确-将当时广泛应用于台式机的PCI标准扩展到非台式机的高性能电信、军事和工业计算应用中。因此，它制定的开放式标准规范，作为一种能够满足不同行业需要的高性能、高可靠、高可用以及经济型工业计算机技术，被广泛地应用于电信（Telecommunications）、数据通信（Data Communications）、计算机电话集成系统（Computer Telephony Integration）、工业自动化（Industrial Automation）、监控和数采系统（SCADA）、测试和测量自动化（Test & Measurement Automation）、网络互连（Networking Connectivity）、航空航天（Avionics & Aerospace）以及军工和国防（Military & Defenses）等领域，目前已成为主流嵌入式计算标准。
在2011年，PICMG完成了对通信平台贸易协会（CP-TA）资产的转移，接手了其在互操作性测试方面的教育工作，进一步巩固了其在通信平台领域的地位。近年来，其工作重点正不断向工业物联网（IIoT）、边缘计算和高性能计算等新兴领域拓展。
二、PICMG的规范及发展
PICMG的规范体系可大致分为背板系统、计算机模块以及面向新兴应用的规范三大类。
1、背板系统规范：从并行总线到交换架构
这是PICMG最经典的规范家族，其演进清晰地反映了计算架构从并行总线向高速串行交换的变革。主要包括PICMG 1.x系列、PICMG 2.x系列和PICMG 3.x系列等等。
PICMG 1.x（PCI-ISA/SHB Express）：这是PICMG的奠基性规范，定义了将CPU、内存等组件集成在单板计算机（SBC）上，通过无源背板进行扩展的架构。它经历了从支持ISA/PCI（PICMG 1.0）、到PCI-X（PICMG 1.2）、再到PCI Express（PICMG 1.3，即SHB Express） 的升级演进。其中，PICMG 1.3是当前工业计算机市场的主流。
PICMG 2.x（Compact PCI，CPCI）：Compact PCI是PCI标准在工业级坚固机械结构下的改编版。它在电气上与PCI兼容，但采用了欧式卡和针式连接器，更适合恶劣环境。该系列包含众多子规范，例如 PICMG 2.16（包交换背板），它在背板上引入了以太网包交换，打破了并行总线的垄断，为后续的交换架构奠定了基础。下表2-1-1给出了PICMG 2.x规范系列的基本情况，包括系列号、版本号、中英文含义及发布日期等等。
表 2-1-1：Compact PCI规范（PICMG2.x系列，x = 0~20）
PICMG 3.x（Advanced TCA/ATCA）：ATCA是PICMG为电信运营商级（Carrier-Grade）设备定义的新一代开放架构，于2002年底发布。它完全基于交换结构（Switched Fabrics）技术，支持Ethernet、InfiniBand等多种协议，具备高带宽、高可用性（99.999%）、强大管理能力和热插拔特性。其基础规范PICMG 3.0定义了机械结构、电源和系统管理，而PICMG 3.1等则定义了具体的交换结构映射。ATCA板卡尺寸大（8U），供电能力强（-48V/200W）。下表2-1-2给出了PICMG 3.x规范系列的基本情况，包括系列号、版本号、中英文含义及发布日期等等。
表 2-1-2：Advanced TCA规范（PICMG 3.x系列，x = 0~8）
MicroTCA（μTCA）：作为ATCA的补充，Micro TCA于2006年发布，它允许AMC（Advanced Mezzanine Card）模块直接插入背板，从而构建更小、成本更低的交换架构系统，适用于网络边缘等场景。
Compact PCI Serial（CPCI-S.0）：这是Compact PCI的现代化演进，用高速串行接口取代了传统的并行PCI总线，以满足现代应用对更高带宽的需求。
2、计算机模块规范：灵活嵌入的核心
这类规范定义了计算机模块（COM）的尺寸和接口，允许开发者将计算核心与自定义的载板分离，实现灵活的产品设计。其规范包括：
COM Express（COM.0）：这是最成功的计算机模块标准之一，定义了多种尺寸规格，广泛应用于需要中等计算性能的嵌入式系统。
COM-HPC：作为COM Express的下一代演进，COM-HPC（高性能计算）专为高性能计算设计，支持功耗高达200W的处理器、更大的内存容量（最多8个DIMM）和更高速的接口（如PCIe 4.0/5.0、100Gb以太网）。它定义了Client和Server两种模块类型。
3、面向新兴应用的规范
PICMG持续关注新的市场需求，近年来推出了一系列新规范。包括：Micro SAM、ModBlox7、Inter Edge等，具体详见下表2-3的简介。
表 2-3：PICMG面向新兴应用的规范简介
PICMG通过其持续演进的规范体系，为嵌入式计算领域提供了一个开放、多厂商互操作的坚实基础，其影响力从传统的电信机房一直延伸到如今边缘侧的智能传感器和控制器。
三、关于ATCA
1、概述
先进电信计算体系结构（ATCA，Advanced Telecom Computing Architecture），或简称Advanced TCA。是电信设备制造业的一种设计制造体系结构，是现有开放体系结构（例如VME和Compact PCI）的替代方案。ATCA是为下一代融合通信及数据网络应用提供一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架，同时以模块结构的形式呈现以支持符合现代传输需求的科技或应用。
ATCA的制定背景源于Compact PCI（CPCI）架构在电信领域的局限。CPCI（PICMG 2.x系列）采用并行总线结构，单板尺寸仅6U×160mm，槽位间距0.8英寸，在单板处理密度、功耗、吞吐能力和系统管理等方面难以满足日益增长的电信应用需求，且无法采用高速差分传输等新技术。ATCA完全取消了PCI总线结构，板间及单板与交换板间的数据传输均采用点到点的高速差分链路技术，从根本上解决了CPCI架构的瓶颈。
2、规范
ATCA规范是指PICMG 3.x系列。事实上PICMG 3.x规范，是由一个核心规范（PICMG3.0）和一系列辅助规范组成（PICMG 3.1~3.8，见表2-1-2）。ATCA家族中的核心规范定义了ATCA系列规范中的机构、电源、散热、互联、系统管理部分；辅助规范内容则定义了在核心规范中互联的传输方式。实质上，核心规范定义了板对板通讯的点对点联接，而辅助协议定义了这些点对点联接的协议、规范。所有辅助规范均不能独立使用，必须与 PICMG 3.0 基础规范结合使用。辅助协议的灵活性带来了易用性；ATCA产品的整合制造商将需要更多关注热门系统平台中板卡使用的辅助协议。
现今，六个辅助协议已经被确认通过，它们是：PICMG 3.1（以太和光纤传输）；PICMG 3.2 （InfiniBand 传输）；PICMG 3.3（星形传输）；PICMG 3.4（PCI Express传输）；PICMG3.5（高级结构互联/串行高速I/O传输）；PICMG 3.6（分组路由交换（PRS）传输）。
3、特性
机械特性：ATCA在机械结构上大幅突破了CPCI的限制。前板尺寸为8U（高）×280mm（深），后板（RTM，Rear Transition Module）为8U×70mm，槽位间距为1.2英寸，标准19英寸机框可支持14个槽位，600mm的ETSI机框可支持16个槽位。相较于CPCI的6U×160mm单板和0.8英寸间距，ATCA单板可容纳更多电路、支持更高的元器件高度和更大的功耗。ATCA单板的背板侧连接器分为三个功能区：Zone 1、Zone 2和Zone 3，其功能详见下外表3-3-1的介绍。
表 3-3-1：ATCA单板背板侧连接器的三个功能区
功能特性：ATCA最具革命性的技术特点在于其完全摒弃了传统的共享总线结构，转而采用基于高速串行差分信号的点到点交换互连。这一转变的根本原因在于：并行总线的数据速率受限于维持各信号线等长往返时间和补偿信号完整性的困难，且总线越宽，芯片引脚需求越多，而芯片焊盘在硅片面积、功耗和封装尺寸方面是最昂贵的部分。点对点交换架构则突破了这些限制：商用SerDes（串行器/解串器）每对差分线可提供3Gb/s以上的速率，8对差分线即可实现10Gb/s全双工的点到点传输。ATCA背板定义了以下几类互联通道：Base接口、Fabric接口、Update通道和时钟同步总线，具体详见下外表3-3-2的介绍。
表 3-3-2：ATCA背板定义了的互联通道
在网络拓扑方面，ATCA支持双星（Dual Star）、双-双星（Dual-Dual Star）和全网状（Full Mesh）等多种拓扑结构。全网状结构中所有槽位互联，提供最高可达40Gbps的双向通道带宽，背板采用无源设计。后续发展的Fabric接口性能已从10G（2.5Gbps×4）提升至40G（10Gbps×4）乃至100G（25Gbps×4），单个ATCA机架的总交换容量可达到2.5Tbit/s。
管理特性：ATCA的机框管理基于智能平台管理接口（IPMI）规范，采用分层管理架构，下表3-3-3介绍了ATCA的管理特性。
表 3-3-3：ATCA的管理特性
可靠性：ATCA以电信级高可用性为核心设计目标，其可用性设计达到99.999%（5个9）。实现这一目标的关键机制包括下表3-3-4所述的4各方面。
表 3-3-4：ATCA的可靠性机制
ATCA最初为电信行业设计，目前已广泛应用于电信核心网、无线基站控制器、媒体网关、IMS网络设备等场景。同时，其高可靠性和高性能特点也使其扩展至数据中心模块化服务器、网络安全设备、实时信号处理系统，甚至高能物理实验的数据采集系统等领域。随着5G通信、云计算和物联网的发展，ATCA作为成熟的电信级开放平台标准，持续为下一代通信基础设施提供硬件基础支撑。
欲进一步了解ITU-T系列数据通信接口（DTE-DCE间）特性及参数的请进入。
