Для встраиваемых компьютеров существует множество замечательных стандартов и форм-факторов, позволяющих быстро и эффективно создавать решения для тех или иных приложений практически во всех отраслях промышленности, телекоммуникаций, систем безопасности, транспорта, медицины и др. Речь в данной статье пойдёт о развитии COM-решений, в частности, на примере оборудования компании ADLINK.
Постоянно растущую популярность так называемых модульных компьютеров (от английского computer-on-module, сокращённо COM) принято связывать с большим количеством новейших перспективных технологических решений и идей, которые были реализова-ны в рамках этих решений за последние годы.
Надо сказать, что самые современные модульные компьютеры отличаются действительно высокой производительностью и энергоэффективностью. Таким образом, решения на базе модульных компьютеров могут с успехом применяться в самых разнообразных сферах деятельности.
На сегодняшний день как в России, так и за рубежом накоплен достаточно большой положительный опыт использования модульных компьютеров в рамках разнообразных встраиваемых решений.
Достаточно активному продвижению модульных компьютеров на мировой рынок способствует и наличие открытого международного стандарта COM Express. Первая версия его базовой спецификации, получившая название COM.0, была официально утверждена консорциумом PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) в середине 2005 года. На сегодняшний день именно продукты, полностью соответствующие стандарту COM Express, являются реальным воплощением передовых технологических решений и фундаментальных достижений в области создания и функционирования модульных компьютеров.
Напомним, что основная идея концепции COM состоит в разделении разрабатываемой системы на две составные части – стандартизованную и узкоспециализированную. Первой является модуль COM – готовое ядро вычислительной системы, включающее:
Непосредственное подключение COM-модуля к базовой плате осуществляется с помощью стандартизированного разъёма. Надо сказать, что существование открытого стандарта подразумевает прежде всего широкий выбор продуктов различных производителей, совместимых между собой. При этом постоянное совершенство-вание и доработка стандартных спецификаций обеспечивают максимально эффективную поддержку для реализации инновационных и перспективных идей.
Уже много раз говорилось о том, что концепция модульных компьютеров позволяет использовать в составе создаваемых решений прогрессивные вычислительные и коммуникационные технологии. Именно это даёт возможность создавать предельно компактные и надёжные встраиваемые решения для разнообразных сфер применения.
В частности, на сегодняшний день модульные компьютеры с успехом применяются в таких областях:
Нужно отметить и такие преимущества модульных компьютеров, как возможность оперативного вывода новых продуктов на рынок, а также максимально широкий диапазон их функциональных возможностей. Не менее важны и всесторонний контроль разнообразных механических характеристик создаваемой продукции, многообразие поддерживаемых интерфейсов, а также ощутимое снижение затрат и устранение целого ряда существенных факторов риска при разработке продукции, входящей в состав встраиваемых решений.
Некоторое время назад компания ADLINK Technology выпустила на мировой рынок модульный компьютер формата ETX под названием ETX-CV (рис. 1).
Это решение включает в себя следующие элементы:
В 2003 году произошло очередное знаковое событие в развитии глобальной индустрии модульных компьютерных решений. Именно в это время была официально утверждена новая спецификация – ETXexpress. Через некоторое время именно она стала фундаментальной основой для спецификации COM.0 (COM Express) версии 1.0.
Стоит отметить, что одним из ключевых элементов стандарта COM Express стала последовательная шина PCI Express. Как было показано на практике, модули данного стандарта демонстрируют ощутимо более высокую производительность, что, в свою очередь, обеспечивает лучшую масштабируемость решений.
В рамках спецификации COM.0 (версия 1.0), которая была официально принята в июле 2005 года, чётко описаны сразу пять типов модулей. Это сделано в соответствии с имеющимися вариантами их подключения к базо-вым платам (при помощи 220-контактных коннекторов в одиночной или парной конфигурации) и двумя форм-факторами – basic (с габаритными размерами 95×125 мм) и extended (110×155 мм).
К августу 2010 года была полностью разработана и официально утверждена следующая версия стандарта COM.0, она получила порядковый номер 2.0.
В рамках модулей формата Type 6 реализована полноценная поддержка таких интерфейсов, как SDVO, HDMI и DisplayPort. Данная особенность не только предоставляет разработчикам настоящую свободу выбора, но и обеспечивает максимальную производительность графики и существенное снижение финальной стоимости создаваемых компьютерных систем. Помимо всего прочего в модулях формата Type 6 полностью отсутствует поддержка параллельных шин PCI и IDE. Освободившиеся в результате этого контакты можно использовать для подключения высокоскоростных последовательных интерфейсов (например USB 3.0).
Ещё один тип модулей, который впервые прописан именно в новой версии стандарта, предназначен в первую очередь для малогабаритных компьютерных систем и предполагает использование процессоров с максимально низким выделением тепла (как у Intel Atom). При этом независимые эксперты рынка настойчиво называют модули COM Express Type 10 и Type 1 практически полными близнецами. Примечательно, что они оснащаются одинаковым 220-контактным коннектором. Более того, схемы назначения контактов совместимы между собой.
Несмотря на это разработчикам настоятельно рекомендуется соблюдать предельную осторожность при переходе от Type 1 к Type 10. Кроме всего прочего, нельзя забывать о том, что часть контактов, которые в недавнем прошлом применялись в качестве портов SATA, в новой версии стандарта зарезервированы для совершенно иных целей (в частности, для интерфейса USB 3.0).
Ещё одним существенным обновлением, которое было успешно реализовано в модулях Type 10, стала возможность применения цифрового дисплейного интерфейса (SDVO, DisplayPort или HDMI/DVI), который полностью заменяет собой дополнительный канал LVDS, а также выходы ТВ и VGA.
Ответом на быстро растущие и постоянно изменяющиеся потребности мирового рынка, который в последние годы явно стремится к максимальной компактности и эффективности (в том числе и энергетической) выпускаемых решений, стала достаточно быстрая разработка и официальное утверждение вновь обновлённого стандарта COM.0. Уже в июне 2012 года в рамках внеочередного заседания консорциума PICMG была полностью ратифицирована новая версия спецификации, которая получила порядковый номер 2.1.
Ключевые особенности данной версии:
На сегодняшний день на мировом рынке модульных компьютеров выделилось сразу несколько лидирующих компаний, таких как ADLINK, Advantech, Kontron, Radisys и Congatec. Каждая из них готова предложить заинтересованным потребителям индивидуальный набор средств, необходимых для создания современных встраиваемых систем на основе стандарта COM Express. Такой набор включает в себя непосредственно модули, платы-носители, базовые платформы, различные аксессуары и сопутствующее программное обеспечение, а также разнообразные услуги технической поддержки, интеграции, обучения и консалтинга.
В частности, компания ADLINK Technology около года назад официально представила сразу две новые серии модулей COM Express форм-фактора basic, построенные на основе процессоров Intel Core, базой которых стала микроархитектура под кодовым названием Ivy Bridge – Express-IBE2 (с распиновкой Type 2, рис. 3) и Express-IB (Type 6, рис. 4).
Модули, предназначенные для решения разнообразных задач, которые требуют высокой вычислительной производительности, отличаются друг от друга вариантом используемого внутри системы процессора. Здесь речь может идти о двух- или четырехъядерном процессоре из семейства Intel Core i5-3000 или Core i7-3000 (в модификации для встраиваемых мобильных приложений) с тактовой частотой от 1,6 до 2,7 ГГц и теплопакетом от 17 до 45 Вт. Любые модули из двух представленных серий с процессорами Intel Core i5 или i7 выполнены на чипсете Mobile Intel QM77 Express и допускают установку одного или двух модулей памяти формата SODIMM типа DDR3-1333 и DDR3-1600 суммарным объёмом до 16 Гбайт.
Применяемый в модулях новых серий интегрированный графический контроллер Intel GMA HD4000 поддерживает следующие интерфейсы прикладного программирования:
Функциональные возможности представленных модулей в области работы с дисковыми накопителями включают в себя:
Программная поддержка продуктов серий Express-IBE2 и Express-IB включает в себя следующие пакеты:
Но и это еще не всё. В июне 2013 года состоялся официальный релиз четвёртого поколения процессоров Intel Core, базой для которых стала микроархитектура под кодовым названием Haswell (техпроцесс 22 нм). Компания ADLINK не осталась в стороне от этого события и фактически сразу же представила две новые серии модулей COM Express форм-фактора basic на основе этих процессоров – Express-HL и HL2. Применение процессоров Intel Core четвёртого поколения позволило удвоить производительность графики по сравнению с предыдущим поколением, а также продемонстрировать существенные улучшения в плане производительности и энергопотребления, что даёт возможность расширить сферу применения современных модульных компьютерных систем.
Среди модульных решений, предлагаемых компанией ADLINK, особого внимания заслуживают модели из серии nanoX-TC в форм-факторе mini (рис. 5).
Во всех моделях этой серии применяются 45-нанометровые встраиваемые процессоры Intel Atom серий E600 и E600T (кодовое наименование – Tone Screen) с тактовой частотой до 1,6 ГГц и тепловым пакетом от 2,7 до 4,5 Вт.
Также важно знать, что модули nanoX-TC выполнены с распиновкой Type 10 и в модификации для промышленного применения рассчитаны на эксплуатацию в диапазоне температур –40…+85°C. Примечательно, что в последнее время на рынке встраиваемых компьютерных решений заметно повысился интерес производителей к процессорной архитектуре ARM и решениям, создаваемым на её основе. Несмотря на неоднозначность данного направления развития, стоит отметить, что одним из неоспоримых достоинств технологии ARM является сверхнизкое энергопотребление. Ни для кого не секрет, что в сегменте потребительской электроники фактор минимизации энергопотребления считается одним из важнейших. Если же говорить о рынке встраиваемых компьютерных систем, а в особенности о компактных и мобильных приложениях, значение энергоэффективности нельзя переоценить.
Независимые эксперты отрасли сходятся во мнении о том, что наличие открытого и общепринятого стандарта COM-решений на основе продуктов SoC (System-on-Chip – система на кристалле) и процессоров архитектуры ARM является жизненно необходимым условием для дальнейшего успешного развития мирового рынка встраиваемых компьютерных систем. В этой связи разработка новой спецификации под рабочим названием SMARC (Smart Mobility Architecture), которая уже поддерживается ведущими производителями модульных компьютеров, выглядит своевременным и важным шагом. Внедрение новейшей спецификации должно привести к существенному укреплению фундамента достаточно нового, а по сути только формирующегося сегмента мирового компьютерного рынка, а также максимально чётко определить перспективы его дальнейшего расширения и развития.
Начало активного развития нового стандарта SMARC в некоторых моментах отчётливо напоминает аналогичный период в истории стандарта COM Express. Вместе с тем есть и существенная разница, состоящая в том, что нынешняя динамика рынка встраиваемых компьютерных систем кардинально отличается от той, что была 10 лет назад.
Значительные изменения происходят настолько резко и быстро, что неоправданно длительные процедуры согласования и утверждения стандартов, затрудняющие своевременный вывод актуальных продуктов на мировой рынок, превратились в неприемлемый и губительный фактор. Современный рынок встраиваемых компьютерных решений требует использования упрощённых правил и значительного сокращения сроков стандартизации.
В рамках спецификации SMARC 1.0 определены сразу два форм-фактора модулей – полноразмерный (82×80 мм) и укороченный (82×50 мм). В качестве разъёма для подключения к платам-носителям был выбран 314-контактный коннектор открытого стандарта MXM (Mobile PCI Express Module) версии 3.0 (высота конструктива всего 4,3 мм). При этом применяется собственная схема назначения контактов, которая отличается от той, что определена в официальной спецификации MXM 3.0.
Что касается дисплейных интерфейсов, то в рамках стандарта SMARC разрешено применение LVDS (глубина цвета 18 или 24 бит), HDMI и DisplayPort (в том числе eDP). Также допустимо использование ЖК-дисплеев, оснащённых параллельным RGB-интерфейсом (24 бит), и присутствует полноценная поддержка стандарта DSI (Display Serial Interface).
По мнению независимых экспертов, появление новейшего COM-стандарта сделает возможным создание низкопрофильных систем ARM/RISC и SoC, работающих на базе современных центральных процессоров, отличающихся сверхнизким потреблением энергии. В то же время поддержка новейших моделей, основанных на ARM/RISC, будет существенно отличаться от сопровождения традиционных платформ х86. Даже несмотря на то что драйверы для платформ x86 являются универсальными и поставляются сразу несколькими вендорами, нагрузка на поставщиков оборудования ARM/RISC значительно возрастёт. Уже сейчас ведущие мировые производители вкладывают значительные средства в создание новой инфраструктуры, которая будет способна обеспечить разработку драйверов, а также полноценную поддержку различных настроек и приложений, направленных на решения ARM/
RISC, и не только для COM-модулей, но и для всех существующих и планируемых продуктовых линеек. Очевидно, что принятие новейшего стандарта SMARC приведёт к массовому росту и прогрессу всех технологий и решений, которые так или иначе связаны с ARM/RISC.
Оптимальное соотношение «цена–производительность» позволит ведущим мировым производителям оборудования ARM/RISC предложить потребителям современные модульные решения по цене ниже $100. По словам экспертов, в рамках рынка встраиваемых компьютерных систем этот уровень цен ожидался уже несколько лет, но с учётом повсеместного использования платформ х86 он был просто недостижим.
Новейший модульный компьютер ADLINK (модель LEC-3517) будет включать в себя (рис. 6):
Стоит отметить, что в своём рыночном сегменте решения, соответствующие стандарту SMARC, практически не пересекаются с технологией COM Express – разве что с продуктами в форм-факторе COM Express mini на основе процессоров Intel Atom. Вместе с тем нельзя не заметить сближения процессорных архитектур Atom и ARM, что привело к существенному обострению конкуренции между ними в сегменте ультракомпактных решений, обладающих сверхнизким энергопотреблением.
По мнению экспертов, острота данного противоборства в ближайшее время будет только нарастать, что подтверждается, в частности, планами корпорации Intel по разработке новых поколений процессоров Atom (Merrifield), в которых упор будет сделан на SoC-решения с энергопотреблением около 1 Вт.
Не исключено, что спустя некоторое время на мировом рынке останется только один из нынешних дуэлянтов. Развитие открытых международных стандартов даёт противоборствующим сторонам возможность реализовать стратегии, связанные с формированием и расширением глобальных экосистем поддержки модульных компьютерных решений в наиболее перспективных рыночных нишах.
По мнению независимых экспертов, нынешняя рыночная успешность и востребованность модульных компьютерных решений, а также отличные перспективы дальнейшего развития данного сегмента объясняются несколькими весомыми факторами:
Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru
Однофазные источники бесперебойного питания Systeme Electric
Почти все современные сферы промышленности, IT-инфраструктура, а также любые ответственные задачи и проекты предъявляют повышенные требования к питающей сети – электропитание должно быть надёжным, стабилизированным и обеспечивать бесперебойную работу. В данной статье мы рассмотрим решения по однофазному бесперебойному питанию от российской компании Systeme Electric. 28.12.2023 СТА №1/2024 874 0 0Однопроводный канал телеметрии по PLC
В статье рассматриваются методы реализации однопроводных каналов передачи данных по силовым электросетям в жилых зданиях, загородных и промышленных помещениях. В качестве информационного провода предлагается использовать проводник «нейтраль» электропроводки. Приводятся анализ возможных конфигураций каналов передачи данных этого типа и результаты экспериментальных проверок. Рассматриваются преимущества новых методов по сравнению с традиционными PLC и области возможного применения данной технологии. 28.12.2023 СТА №1/2024 923 0 0BioSmart Quasar 7 — мал да удал
Компания BIOSMART в пандемийном 2020 году весьма своевременно представила свой первый лицевой терминал Quasar (рис. 1) с диагональю экрана 10 дюймов. Уже в следующем, 2021 году был представлен бесконтактный сканер рисунка вен ладони PALMJET (рис. 2). Ну а в текущем 2023 году компания представила новую уменьшенную модель лицевого терминала Quasar 7 (рис. 3), который смог в компактном корпусе объединить обе передовые технологии бесконтактной биометрической идентификации. 28.12.2023 СТА №1/2024 892 0 0Открытые сетевые платформы — когда сети и вычисления в одном устройстве
Открытая сетевая платформа (ONP) – это мощное средство для реализации как простых, так и масштабных сетей, а также инструмент, который позволяет в одном высокопроизводительном устройстве реализовать целый вычислительный комплекс, объединяющий внутри себя коммутаторы, маршрутизаторы, межсетевые экраны, а также сам сервер обработки данных. Используя все преимущества данной архитектуры, компания AAEON разработала своё решение, сетевую платформу FWS-8600, на базе высокопроизводительных процессоров Intel Xeon Scalable 2-го поколения. В статье раскрыты детали и особенности ONP, характеристики FWS-8600, а также почему использование процессоров Intel Xeon Scalable 2-го поколения значительно увеличивает потенциал платформы. 28.12.2023 СТА №1/2024 847 0 0