PCI Express轉(zhuǎn)接技術(shù)在模塊化筆記本中的應(yīng)用研究

閆俊伢　康亞

摘 要：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到方方面面，為了使計(jì)算機(jī)更加適應(yīng)現(xiàn)今社會(huì)的各項(xiàng)需求，提高計(jì)算機(jī)的綜合性能，本文重點(diǎn)闡述了采用模塊化技術(shù)、MXM技術(shù)、熱插拔技術(shù)、SLI技術(shù)、外置顯卡PCI-Express轉(zhuǎn)接技術(shù)、3DS MAX技術(shù)，設(shè)計(jì)一款模塊化筆記本，使得筆記本變得更加便攜、易操作，實(shí)現(xiàn)用戶隨意給電腦更換零件，使電腦的升級和維護(hù)由復(fù)雜變簡單。

關(guān)鍵詞：模塊化；SLI；PCI-Express；3DS MAX

中圖分類號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Given that computers have been used widely，in order to adapt computers to the increasing needs of today's society and to improve the comprehensive performance of computers，this paper describes and designs a modular notebook with the application of technologies such as modularization，MXM，Hot plug-in，SLI，external display card PCI-Express transfer and 3DS MAX，making the notebook more portable and easier to use.This design allows users to change the parts of the notebook at will，simplifying computer upgrading and maintenance.

Keywords：modularization；Scalable Link Interface；PCI-Express；3DS MAX

1 引言（Introduction）

科技每天都在進(jìn)步，PC機(jī)發(fā)展更是迅速，DIY電腦可以花最少的錢，得到最新的PC配置。由于傳統(tǒng)的筆記本最主要的CPU、顯卡都是焊在主板上的，所以筆記本電腦只能更換內(nèi)存或者硬盤[1]。而且現(xiàn)在一個(gè)頂級配置的筆記本電腦價(jià)錢昂貴，所以設(shè)計(jì)一款模塊化筆記本，讓電腦有升級空間，可能只需換CPU和顯卡，無需太多資金買筆記本。

2 設(shè)計(jì)技術(shù)及參數(shù)（Design technology and parameters）

2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)

基于自定義PCI-E接口技術(shù)設(shè)計(jì)的模塊化筆記本，主要采用模塊化技術(shù)、MXM技術(shù)、熱插拔技術(shù)、SLI技術(shù)、外置顯卡、PCI-Express轉(zhuǎn)接技術(shù)和3DS MAX技術(shù)。

其中在模塊化筆記本中，主板、CPU、顯卡、硬盤、內(nèi)存等構(gòu)件都設(shè)計(jì)成易于拆卸的獨(dú)立工作模塊，使用模塊化用戶可以根據(jù)需求選擇配置：處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)、顯示等基礎(chǔ)的數(shù)碼產(chǎn)品組成部分；而MXM技術(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)的PCI Express接口實(shí)現(xiàn)與筆記本電腦主板的連接，熱插拔技術(shù)即帶電插拔；SLI技術(shù)通過一種特殊的接口連接方式，在一塊支持雙PCI Express X 16的主板上，使用兩塊同型號(hào)的PCIE顯卡；PCI Express轉(zhuǎn)接技術(shù)采用點(diǎn)對點(diǎn)串行連接，在模塊化筆記本中通過PCB板和線纜實(shí)現(xiàn)PCI-E X1與PCI-EX16接口的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)筆記本的模塊化。最后運(yùn)用3DS MAX技術(shù)，將模型效果圖運(yùn)用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。

2.2 產(chǎn)品參數(shù)

設(shè)計(jì)產(chǎn)品各個(gè)模塊的配置主要如下方面：主板模塊芯片組采用Intel HM87、內(nèi)置6芯鋰電池、100V—240V 230W內(nèi)置自適應(yīng)交流電源適配器，以及802.11b/g/n無線網(wǎng)卡和1000Mbps以太網(wǎng)卡[3]。顯卡模塊為NVIDIA獨(dú)立顯卡，NVIDIA GeForce GTX的芯片。硬盤模塊采用2.5英寸。內(nèi)存模塊為DDR3/DDR3L型號(hào)，支持主頻1600MHz[4]。CPU模塊為英特爾酷睿4代系列。顯示模塊為14寸/15.6寸/17.3寸/18.4寸的屏幕和1920*1080的分辨率。O/I接口模塊的數(shù)據(jù)接口為2×USB3.0。

3 設(shè)計(jì)過程（The design process）

3.1 設(shè)計(jì)思想

首先，先構(gòu)思整體設(shè)計(jì)模型，了解筆記本電腦各個(gè)零件的功能，以及對各零件可實(shí)現(xiàn)的可能性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出各個(gè)零件的組成，然后將各個(gè)零件組合起來，結(jié)合實(shí)際情況精確計(jì)算各部件的大小及在筆記本中的位置，運(yùn)用3D MAX軟件構(gòu)造模型，經(jīng)過VRAY渲染器出現(xiàn)整體效果圖。

3.2 設(shè)計(jì)功能

設(shè)計(jì)主要包括主板模塊、顯卡模塊、CPU模塊、硬盤模塊、內(nèi)存模塊、顯示模塊、O/I接口模塊等。其功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。具體功能如下：

（1）主板模塊

主板模塊是整個(gè)模塊化筆記本的主體，其上面集成了芯片組，有不同芯片組的主板。芯片組越高，所支持的CPU、顯卡就越高。同時(shí)主板上還集成了無線網(wǎng)卡、有線網(wǎng)卡、聲卡。主板上有CPU插槽、顯卡插槽、內(nèi)存插槽、硬盤插槽、顯示接口、O/I接口插槽、鍵盤觸摸板接口。另外，主板模塊里內(nèi)置了4芯鋰電池、電源接口、開關(guān)機(jī)重啟按鍵。為了體現(xiàn)模塊化，主板模塊和筆記本外殼是一體的，它上面有各種模塊的接口。

（2）顯卡模塊

顯卡模塊中可以放入MXM接口的顯卡，通過自己的需求來更換顯卡，只有主板芯片組支持就可以。支持雙獨(dú)立顯卡的顯卡模塊，可以通過雙顯卡模塊輕松組建。

（3）CPU模塊

根據(jù)CPU針腳的不同有不同的CPU模塊。比如酷睿四代CPU是一種模塊，酷睿五帶CPU又是另一種模塊；同樣INTEL于AMD的CPU模塊也不一樣。

（4）硬盤模塊

硬盤模塊里面有兩種接口，一種是普通的SATA3.0接口，一種是MSATA接口，分別裝HDD和SSD，可以裝一個(gè)，也可以兩個(gè)都裝。

（5）內(nèi)存模塊

內(nèi)存模塊中的接口是普通的SO-DIMM接口，方便用戶自己更換內(nèi)存，兼容DDR3和DDR3L。

（6）顯示模塊

屏幕尺寸有四種，分別是14寸、15.6寸、17.3寸、18.4寸。用戶可以根據(jù)自己的喜好選擇不同的屏幕。

（7）O/I接口模塊

此模塊一個(gè)筆記本須裝兩個(gè)，模塊上有許多豐富的擴(kuò)展接口。比如常用的RJ45、VGA、HDMI、USB2.0/3.0、音頻接口等。可以根據(jù)需要定制每一個(gè)接口的數(shù)量、位置等。

3.3 設(shè)計(jì)步驟

模型設(shè)計(jì)主要分為主體設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和渲染設(shè)置、細(xì)節(jié)調(diào)整。

第一步：進(jìn)行模塊化筆記本的主體外形設(shè)計(jì)，具體如下：

筆記本的主體采用了長方體做機(jī)身模型，運(yùn)用工具調(diào)整裝置形狀，然后利用編輯多邊形工具做出主機(jī)和屏幕部分，再把桌面壁紙貼到屏幕上，主機(jī)上的接口部分運(yùn)用長方體做模型，通過編輯多邊形工具修改模型，最后利用網(wǎng)格平滑設(shè)計(jì)裝置部分棱角。

第二步：進(jìn)行模塊化筆記本的各個(gè)模塊的設(shè)置，具體如下：

（1）各個(gè)模塊的基本模型運(yùn)用長方體設(shè)計(jì)，并用編輯多邊形將其大致形狀勾勒出弧度，然后利用網(wǎng)格平滑將其變得圓滑，模塊上的接口部分也是如此，通過編輯多邊形工具修改為最終模型，并且模塊接口與主機(jī)接口可以連接在一起。

（2）O/I模塊運(yùn)用長方體作為基本模型，先運(yùn)用編輯多邊形勾勒出形狀，再通過布爾命令和編輯多邊形做出各個(gè)接口。最后，利用網(wǎng)格平滑將其圓滑。

（3）按鈕部分模型采用長方體和切角圓柱體設(shè)計(jì)，通過編輯多邊形調(diào)整形狀，最后使用網(wǎng)格平滑工具使其符合用戶使用。

（4）采用擠出修改器完成鍵盤和觸控板設(shè)計(jì)，通過導(dǎo)入的鍵盤具體圖片先由二維曲線繪制出鍵的大小和位置，然后由擠出命令完成，最后再加以調(diào)整按鍵和觸控板位置。

第三步：進(jìn)行模塊化筆記本的材質(zhì)選擇及后期渲染，具體如下：

（1）屏幕外殼部分采用黑色鋼琴烤漆的材質(zhì)，用戶在觸摸上有質(zhì)感。

（2）主機(jī)部分采用銀色聚碳酸酯材質(zhì)，按鍵方便使用。

（3）鍵盤材質(zhì)是用磨砂塑料，在使用時(shí)上更加舒適，不會(huì)沾染太多汗?jié)n，有利于長時(shí)間使用，各個(gè)按鍵使用方便。

（4）最后調(diào)整模型的造型，添加光澤，進(jìn)行整體渲染，使其各項(xiàng)功能部件清晰直觀。

3.4 設(shè)計(jì)效果

設(shè)計(jì)的筆記本電腦將CPU、硬盤、顯卡、內(nèi)存分別各自放在盒子中，所有零件通過電腦底端的磁鐵接口和側(cè)方的金屬接口連接，如需換零件時(shí)只需按住鍵盤上方的按鈕，就可以將鍵盤拿起來，輕松換取所需零件。軟件操作界面如圖2所示、最終設(shè)計(jì)圖如圖3所示、模塊分解圖如圖4所示。

4 設(shè)計(jì)原理（Design principle）

把筆記本各個(gè)部件分成許多模塊，比如CPU模塊，顯卡模塊。這些模塊可以隨意插到主模塊上（主模塊相當(dāng)于臺(tái)式機(jī)主板）[5]。主模塊上還可以插顯示模塊，可以隨便改變筆記本屏幕大小。還可以插機(jī)械鍵盤。設(shè)計(jì)借鑒了微星的筆記本外置顯卡技術(shù)，每一類模塊都采用相同的插槽，方便更新或維修[6]。

5 自定義PCI-E接口技術(shù)在模塊化筆記本中的應(yīng)用 （Application of custom pci-e interface technology in modular notebook）

筆記本的整個(gè)機(jī)身由多個(gè)模塊化組件構(gòu)成，機(jī)身內(nèi)每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)計(jì)算機(jī)組件，通過自定義的PCI-Express接口進(jìn)行連接硬件，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求來添加、減少、替換一些組件，如自主將CPU通過PCI—E接口拆下，替換新的CPU[7]。

6 結(jié)論（Conclusion）

總之，該模塊化筆記本的設(shè)計(jì)運(yùn)用了模塊化、MXM、熱插拔、SLI、外置顯卡等技術(shù)，使得筆記本變得更加便攜、易操作，同時(shí)也解決了通用性的問題，多個(gè)模塊帶來的功能和體驗(yàn)可以帶來1+1>2的效果[8]。除此以外，隨著模塊數(shù)量不斷增多，用戶可以按照自己的使用需求選擇機(jī)型，豐富而自由就是它的特色。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 尹家凡.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究[J].西安交通大學(xué)機(jī)械電子工程系，2003，2：88-90.

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[3] 劉佳，張國梁，沈鋼綱.筆記本電腦嵌入式控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程和設(shè)計(jì)，2010，31（16）：3576-3579.

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[5] 張琳琳.PCI-E設(shè)備模塊設(shè)計(jì)及其WDF驅(qū)動(dòng)開發(fā)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，1：194-197.

[6] 劉娟.PCI-E接口驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，8：53-55.

[7] 凌華科技.最新ETX嵌入式模塊計(jì)算機(jī)ETX-AT[J].國外電子測量技術(shù)，2009，5：85.

[8] 凌華科技.探討嵌入式模塊化電腦的未來[J].電子產(chǎn)品世界，2013，9：76.

作者簡介：

閆俊伢（1976-），女，碩士，教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，人工智能.

康 亞（1998-），女，本科生.研究領(lǐng)域：軟件工程.