概括地講，嵌入式工業(yè)PC設(shè)計(jì)主要有兩種體系結(jié)構(gòu)，即封閉式和開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。封閉式體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品不依賴于某種總線標(biāo)準(zhǔn)，為某種特定任務(wù)而專門設(shè)計(jì)，專用性較強(qiáng)，一般稱這種產(chǎn)品的嵌入方式為芯片級(jí)嵌入。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)立足于某種公開(kāi)了的工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)。依靠這種開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)，眾多計(jì)算機(jī)廠商設(shè)計(jì)出各具特色、種類繁多、可供用戶靈活選擇的模板級(jí)產(chǎn)品，如CPU板、系統(tǒng)支持板、人機(jī)接口板、信號(hào)調(diào)理板、模擬量I/O板和數(shù)字量 I/O板等。因?yàn)橛辛藰?biāo)準(zhǔn)，所以不同的用戶可以根據(jù)任務(wù)的實(shí)際情況選擇一定數(shù)量的功能模板，以最快的速度組合成相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)，從而大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，減小了開(kāi)發(fā)費(fèi)用。由于總線標(biāo)準(zhǔn)，使產(chǎn)品的升級(jí)和維護(hù)變得簡(jiǎn)單、方便。這種嵌入方式稱為板級(jí)嵌入，嵌入式工業(yè)系統(tǒng)采用最多的就是這種嵌入方式。

除開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)以外，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)不僅需要像平臺(tái)PC機(jī)一樣的速度和性能（如成熟的操作員界面、復(fù)雜的控制算法和最快的處理器），而且要求具有以下特性：

?堅(jiān)固性。工業(yè)控制機(jī)必須工作在高溫、高塵環(huán)境，并能承受強(qiáng)烈沖擊和震動(dòng)，因此需要供電電源穩(wěn)定可靠、制冷性能良好和插卡的固定能力。

?可靠性。MTBF（兩次故障之間的平均時(shí)間）指數(shù)大于1萬(wàn)小時(shí)，這要靠保守的電路和散熱設(shè)計(jì)、固態(tài)非轉(zhuǎn)動(dòng)的盤驅(qū)動(dòng)器和仔細(xì)的電纜連接來(lái)保證。

?低的MTTR（平均故障修復(fù)時(shí)間）指數(shù)。由于工業(yè)控制機(jī)普遍采用去掉有源電路的無(wú)源后背板或主板，功能分散到其它插板上，因此插板一旦出現(xiàn)故障，可以很快完成更換。

?模塊化。控制設(shè)備的工控機(jī)需要兩個(gè)以上的串口和一個(gè)以上的并口、模擬和數(shù)字I/ O、運(yùn)動(dòng)控制、PLC互連能力、顯示等等。一般工控機(jī)要有12個(gè)或更多的總線插槽用于I/O擴(kuò)展。

?標(biāo)準(zhǔn)化。凡是成功的計(jì)算機(jī)平臺(tái)都基于某種標(biāo)準(zhǔn)，所有的工業(yè)用戶正逐漸從專用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基于標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的產(chǎn)品容易從多個(gè)不同的供應(yīng)商那里得到。

?實(shí)時(shí)性。工控機(jī)要具有時(shí)間和事件驅(qū)動(dòng)能力，能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程工況變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，當(dāng)過(guò)程參數(shù)偏離設(shè)定值甚至出現(xiàn)故障時(shí)，能迅速做出相應(yīng)的處理。

?前面板I/O。工業(yè)用戶喜歡像PLC產(chǎn)品那樣簡(jiǎn)便的前面板端子連接方式。一般平臺(tái)計(jì)算機(jī)用電纜從后面跟外部連接，這在桌面上看起來(lái)還好，但大多數(shù)工業(yè)用戶的要求卻相反。

一個(gè)成功的嵌入式工業(yè)PC模板硬件設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮以下方面：

?兼容性。嵌入式工業(yè)PC模板設(shè)計(jì)要做到和PC、MS-DOS完全兼容，充分利用商用PC所積累的軟、硬件資源。

?克服總線數(shù)據(jù)寬度和速度瓶頸，產(chǎn)品升級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線一方面使系統(tǒng)開(kāi)放，另一方面也阻礙了處理器性能的發(fā)揮。為此，一種辦法是采用高性能總線，但這無(wú)疑會(huì)大幅度增加設(shè)計(jì)費(fèi)用和產(chǎn)品成本。比較好的辦法是采用All in one和I/O總線設(shè)計(jì)方案，既可提高性能又可保持向下兼容。專家認(rèn)為，一般工業(yè)過(guò)程為慢過(guò)程，對(duì)I/O的訪問(wèn)速度要求并不高，8/ 16位數(shù)據(jù)寬度、8MHz的頻率足夠了。但隨著數(shù)據(jù)采集量增加，控制策略和控制算法更加優(yōu)化和復(fù)雜，對(duì)計(jì)算機(jī)的處理能力、存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力的要求越來(lái)越高、越來(lái)越嚴(yán)格。所以，將局部高速總線和慢速系統(tǒng)總線相結(jié)合設(shè)計(jì)，即把對(duì)速度要求高的CPU、存儲(chǔ)器、看家狗、硬盤和需要高速訪問(wèn)的I/O接口等做在一塊All in one模板上，把相對(duì)慢速的I/ O部分放在總線上，是一種合理、現(xiàn)實(shí)的方案。

?采用基于Flash存儲(chǔ)器的新型存儲(chǔ)器子系統(tǒng)。伴隨著PC機(jī)架構(gòu)滲透到嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域 ，一種與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)完全不同的新型存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正在產(chǎn)生。新型存儲(chǔ)器子系統(tǒng)以 Flash存儲(chǔ)器為核心，配有少量RAM（SRAM或DRAM），突破了傳統(tǒng)的磁盤（軟、硬盤）、ROM和大量 RAM三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，具有系統(tǒng)小、功耗低、重量輕、堅(jiān)固和可靠性高等特點(diǎn)，更能滿足各種苛刻的嵌入式應(yīng)用要求。Flash存儲(chǔ)器以其高密度、高速度、不揮發(fā)、電可改寫和高可靠等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)軟件全固化運(yùn)行的理想提供了保障。

?系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)。如今，看家狗電路已成為嵌入式工業(yè)PC設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。它能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)迅速報(bào)警，并在無(wú)人干預(yù)的情況下，使系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

?采用PC兼容的、高集成度的嵌入式微處理器。過(guò)去，嵌入式設(shè)計(jì)往往采用NEC公司的 V系列處理器和80C186E系列作CPU。隨著高性能、高集成度、低電壓工作和帶有電源管理單元的嵌入式微處理器的推出（如Intel的386EX、AMD的Am386EM和即將推出的奔騰級(jí)P55C、P 54C多媒體芯片等），給設(shè)計(jì)人員提供了更大的發(fā)揮空間。

來(lái)源：運(yùn)控伺服