X86+FPGA, NXP+FPGA：工控稳“固”之选赋能CPCI/VPX智能轨交新变革

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工业IPC在目前大时代背景下面临机遇,但挑战同样也不少。在轨道交通领域，工控机必须具备高可靠性和稳定性，能够在复杂且严苛的工作环境中长时间无故障运行；需要满足严格的实时性和响应性能要求，确保能够迅速准确地处理传感器信号和控制指令。

现实与挑战

高速轨道交通应用需要一种更高性能、更加可靠的计算平台，这个平台需要能够承受高强度的振动环境、易于扩展，以及更短的平均修复时间（MTTR）,传统的IPC无法满足严苛的应用环境。

“超高性能、超级加固”

3U CPCI-Serial系列产品涵盖了刀片式主板、背板、电源、机箱、散热系统、功能板卡等等。其市场定位非常明确，主要聚焦于智能轨道交通、工厂自动化、航天加固、医疗影像、高端加固模块化设备等关键任务场景。在这些领域中，客户对设备的稳定性、可靠性和性能要求极高，为了满足这些需求，3U CPCI-Serial应运而生。

刀片式电脑（Blade IPC 简称BIPC）产品部产品经理陈娇娜介绍与市场上的同类产品相比，3U CPCI-Serial具两大特色：一是加固特性，二是模块化设计。

首先是加固特性：3U CPCI-Serial采用加固设计，具有出色的抗震、抗冲击等性能，能够在恶劣环境下稳定运行，这一特性使得它在关键应用领域具有显著的优势。

其中，刀片式IPC是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，每一块“刀片”实际上就是一块独立的IPC。每一块“刀片”运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。所有的“刀片”也可以连接起来提供高速的网络环境，可以共享资源，为相同的用户群服务。刀片式IPC占用空间小，对于空间紧张的环境十分友好。

陈娇娜介绍，在卡的设计方面，3U CPCI-Serial创新采用独特的主板与底板连接方式。扩展时，主板直接搭接在底板上，两者之间无需使用线材或“金手指”连接。3U CPCI-Serial引入高密度连接器，其设计犹如牢固的爪子，紧密抓合主板与底板，确保在任何振动环境下均能维持稳定连接，彻底消除松脱隐患。

二是模块化设计。模块化的设计为客户带来了极大的便利。

首先，易扩展。无论客户是要扩展功能还是精简输入输出接口（IO），都可以通过调整模块数量与功能来实现。我们的产品既可以是以手掌大小呈现的主板系统，亦可以是上架的机箱。因此，客户能根据自身实际需求与应用场景，灵活选择最为适宜的配置方案。

其次，易兼容。3U CPCI-Serial遵循PICMG 组织下CPCI-S系列规范。这意味着，无论是使用的产品还是友商的产品，只要遵循这一规范，客户就可以轻松地进行替换或升级，无需重新配置或调试软硬件。相比之下，传统的IPC在主板等关键部件损坏时，由于结构和电气不兼容，客户往往只能购买原厂商的产品进行替换，这无疑增加了客户的成本和风险。3U CPCI-Serial则打破了这一限制，为客户提供了更多的选择和灵活性。

3U CPCI-Serial系列产品的平均维护时间（MTTR）可控制在30分钟内。以串口卡故障为例，维护人员可迅速识别并定位，通过松开两颗外部面板螺丝，按下助拔器，即可在瞬间将故障的串口卡拔出，再插入新卡并固定，整个过程30分钟内完成。无需专业人员即可迅速完成设备修复，显著提升设备可用性和维护效率。

用户体验和市场需求为第一要素

在产品设计和研发过程中，3U CPCI-Serial如何考虑到用户体验和市场需求？

在智能轨道交通、工厂自动化、航天加固、医疗影像、高端加固模块化设备等关键任务领域，安全性和传输稳定性是首要因素，同时产品的长寿命也至关重要，因为客户通常期望产品的使用寿命能超过10年，而不是短短三五年就需要更换。同时，随着技术的快速发展，还需要不断迭代更新。但这并不意味着客户需要频繁更换整个产品，而是能够通过模块更换实现技术的迭代和性能升级此外，随AI技术的不断应用，对于高速率处理的需求也日益增长，算力成为了关键要素。始终确保解决方案紧密契合客户所在产业的核心需求。

在技术平台选择上，谨慎选择与大品牌如英特尔或英伟达合作，采用其低功耗、高性能、长寿命的嵌入式CPU，以延长产品生命周期。

在产品模拟量产或交付客户前，会进行加严验证，以研发部门强大的验证能力确保产品的可靠性与稳定性。比如：信号完整性测试、power 量测、Thermal 散热、DQA（功能测试，兼容性，性能测试，稳定性测试）、环境测试、电磁兼容性（EMC）的屏蔽和干扰测试等……如此，从设计前的周全考虑，到设计完成后的场内测试，再到量产时符合行业标准的检测，再到交付前的加严验证等等，经过层层把关，确保产品能在各种应用场景下都表现出色。

“特别是，作为标准品制造商，产品设计不仅符合甚至超越铁路国际认证如EN50155等标准。虽然最终认证由客户完成，但在提供产品时，确保产品符合认证标准，避免集成时核心部件问题而导致的麻烦。交付前，将提供测试报告证明产品已通过关键测试。” 陈娇娜强调说。

“下一代轨交综合监控系统的引领者”

轨道交通领域综合监控的实现，实际上是通过在轨道交通车辆上安装大量的传感器和IPC，全面监控车辆在运行过程中的各种状态。这些传感器和工控机主要负责监控供电系统、制动系统、空调系统等的工作状态，以及检测前方行驶路径上是否存在障碍物等，以确保轨道交通的安全和顺畅。

在传统的监控方式中，通常每个应用场景配备一台IPC，当用户需要增加系统密度并且具备更灵活的维护以及硬件升级能力时,传统分散式IPC 布局架构会较难满足要求。与此同时，随着现代轨道交通系统发展，监控的目标数量和精度要求都在不断提高。另一方面，IPC的安装位置也成为了一大难题，由于空间有限，这些IPC通常被安装在列车的中间设备柜、车头或者车尾的各个角落，甚至乘客座位底下。当需要增加更多设备数量以满足算力需求时，有限的安装空间和散热能力往往成为最大瓶颈。为优化轨道交通的综合监控系统，必须寻找更高效、更集成的解决方案。

“在轨道交通领域综合监控，3U CPCI-Serial可谓是下一代综合监控系统的引领者。传统方案需至少3台 IPC和一台交换机处理多个场景，而3U CPCI-Serial只需一个CPCI基本系统即可涵盖3台IPC和交换机的功能，实现系统融合优化，成为降本增效的专业推手。” 陈娇娜表示。

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