Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №7

Размер имеет значение, или Введение во вселенную малогабаритных плат и модулей марки Kontron

Акиншин Леонид


На рынке встраиваемых компьютерных технологий имена Kontron Embedded Modules и Kontron Technology A/S хорошо известны. Эти компании внесли неоценимый вклад в развитие данной отрасли: многие внутренние спецификации холдинга Kontron впоследствии превратились в открытые технологии. Миниатюрные компьютеры-модули и малогабаритные встраиваемые платы, предлагаемые этими компаниями, пользуются спросом в самых различных секторах, причем некоторые из существующих продуктовых линеек Kontron вполне могут дать жизнь новым промышленным стандартам.

Международный холдинг Kontron является одним из ведущих поставщиков встраиваемых компьютерных технологий (ВКТ) для множества прикладных рынков. В настоящей статье мы ограничимся двумя его подразделениями: Kontron Embedded Modules и Kontron Technology A/S, областью компетенции которых являются, в частности, одноплатные компьютеры, встраиваемые процессорные модули и материнские платы. Нас будут интересовать малогабаритные решения этих компаний, а именно: встраиваемые модули, встраиваемые платы и миниатюрные материнские платы. Сильно различаясь между собой по производительности, компонентному составу, интерфейсной функциональности и целевым областям применения, рассматриваемые продукты имеют две общие черты: они имеют небольшие размеры и призваны играть роль готовых компьютерных ядер, вокруг которых клиенты могут строить те или иные конечные системы.

Материнские платы MiniITX

Первую группу малогабаритных решений марки Kontron образуют материнские платы, выполненные в формате MiniITX. В холдинге Kontron вопросами материнских плат ведает компания Kontron Technology A/S, продукция которой ориентирована на промышленную автоматизацию, медицинскую технику, индустрию развлечений, банкоматы, кассовые терминалы и информационные киоски.

Формфактор MiniITX является молодым стандартом, однако число его сторонников среди разработчиков и пользователей быстро растет. Несмотря на малые размеры, изделия, выполненные в этом конструктиве, представляют собой полноценные материнские платы. MiniITX имеют наименьшие габариты из всех предлагающихся на сегодняшнем рынке материнских плат — 17×17 см, что позволяет создавать чрезвычайно компактные системы, заключая их в миниатюрные корпуса. Рука об руку с малыми размерами обычно идет повышенная механическая надежность, и продукты MiniITX не являются в этом смысле исключением. Данные изделия можно использовать там, где другие материнские платы оказываются недостаточно ударо- и виброустойчивыми.

Высочайшая гибкость — вот что отличает материнские платы от малогабаритных встраиваемых решений других типов. Это их свойство хорошо известно всем, кто когда-либо собирал или модернизировал ПК. Используя разные процессоры, модули расширения, ОЗУ и накопители, на основе одной и той же материнской платы можно получить массу систем с существенно различающимися характеристиками. Столь большая гибкость востребована в тех случаях, когда требуется охватить сразу широкий спектр прикладных требований или если эти требования быстро меняются. Вместе с тем даже самые миниатюрные материнские платы, каковыми являются MiniITX, заметно превосходят по своим габаритам те решения, что мы отнесли к встраиваемым модулям и малогабаритным встраиваемым платам (см. ниже). Размеры являются основным фактором, ограничивающим сферу применимости MiniITX.

Уже доступен первый продукт из линейки Kontron MiniITX, называющийся 886LCD-M/mITX (рис. 1). Эта материнская плата построена на микросхемах Intel 855GME и Intel 6300ESB и имеет гнездо Socket 478, куда в зависимости от требований конкретной задачи устанавливается процессор Intel Celeron M или Intel Pentium M. Частота системной шины составляет 400 МГц, объем ОЗУ может достигать 1 Гбайт (модули PC2700/DDR333 SDRAM с коррекцией ошибок). Изделие 886LCD-M/mITX предоставляет пользователю три канала Ethernet, способных работать на скоростях 10/100/1000 Мбит/с, четыре интерфейса USB 2.0, четыре порта RS-232C, один канал ATA 100 и два канала Serial ATA 150. Встроенный звуковой контроллер совместим с Sound Blaster 16, поддерживает формат 5.1, стандарты AC-3 и SPDIF. Чипсет содержит интегрированное графическое ядро Intel Extreme Graphics 2, обеспечивающее быстрый обсчет двумерной и трехмерной графики, а трансмиттер LVDS позволяет подключать ЖК-мониторы. Интересной особенностью платы 886LCD-M/mITX, выделяющей ее на фоне MiniITX-изделий других производителей, является наличие помимо слота расширения PCI еще и стандартного разъема AGP. В последний можно устанавливать как обычные видеокарты, так и решения ADD LVDS от Kontron. Плата 886LCD-M/mITX способна осуществлять независимый вывод на два дисплея.

Компактная материнская плата 886LCD-M/mITX — «первая ласточка», за которой последуют другие продукты компании Kontron Technology A/S, выполненные в конструктиве MiniITX
Рис. 1. Компактная материнская плата 886LCD-M/mITX — «первая ласточка», за которой последуют другие продукты компании Kontron Technology A/S, выполненные в конструктиве MiniITX

Компьютеры-модули

«Встраиваемый модуль» и «встраиваемая плата» не есть одно и то же. Формальными признаками, позволяющими их различать, являются способ организации доступа к дополнительным интерфейсам и метод расширения системы. У встраиваемой платы имеется отдельный разъем для каждого интерфейса. Взаимодействие такого продукта с дополнительной периферией и другими устройствами организуется максимально простым, но не всегда оптимальным образом: при помощи кабелей. Встраиваемый модуль общается с внешним миром более опосредовано: все его интерфейсные линии выведены в общий соединитель, который подключается к базовой плате, или плате-носителю, а уж на этой плате-носителе монтируется необходимая периферия, разъемы и иные устройства. Такой подход более гибок, поскольку форм-фактор, функциональность и другие характеристики базовой платы отдаются на откуп пользователю. Интерфейсами расширения как для встраиваемого модуля, так и для встраиваемой платы служат обычно стандартные шины, но если в первом случае достаточно просто взять и подключить готовый «расширитель», процессорный модуль сам приходится подключать к базовой плате, которую предварительно нужно разработать и изготовить. По этой причине использование встраиваемых модулей может иногда оказаться слишком долгим и дорогостоящим путем. Однако зачастую у разработчика просто нет выбора: когда собрать систему с искомыми характеристиками из готовых покупных продуктов не удается, лучшим путем будет использование встраиваемого модуля, поскольку он предоставляет весьма большую свободу действий в плане реализации прикладной функциональности и позволяет сэкономить на проектировании процессорной части.

Встраиваемые модули — это вторая группа малогабаритных вычислительных решений холдинга Kontron. Данные изделия обладают сравнительно высоким уровнем интеграции, что означает наличие помимо центрального процессора еще и множества разных интерфейсов. Разработчики продуктов данного типа обычно предпринимают какие-либо меры, чтобы базовый набор возможностей мог быть расширен пользователем или адаптирован под требования конкретных прикладных задач. Вторым общим свойством встраиваемых модулей является отсутствие потребности в пассивных объединительных панелях. Описанный набор характеристик позволяет применять встраиваемые модули тогда, кода решения на основе традиционных пассивных магистралей оказываются непомерно дорогими, слишком громоздкими или недостаточно гибкими.

Для производителей стандартизованные встраиваемые модули нередко становятся «золотой серединой», лежащей меж двух крайностей: разработкой всей системы своими силами и ее сборкой из готовых покупных изделий. Первый путь очень гибок, но столь же дорогостоящ, второй не всегда может привести к желаемому результату. Стандартизованные встраиваемые модули типа E. Brain, ETX, X-Board и DIMM-PC позволяют избежать недостатков и совместить преимущества обоих вариантов. Встраиваемый модуль обладает некоторым фиксированным набором функций, а все, чего у него недостает, можно реализовать на базовой плате. Такой подход позволяет убить сразу двух зайцев: добиться максимально точного соответствия специфике конкретной задачи плюс получить значительную степень гибкости вкупе с простотой модернизации. Интеграция новых процессоров упрощается до предела: достаточно снять с базовой платы один модуль и поставить на его место другой из той же продуктовой линейки. Выход на рынок также заметно ускоряется, ведь разработать одну базовую плату гораздо быстрее, чем систему целиком. Фактически значительную часть работы по созданию итогового решения при этом выполняет компания — производитель модуля, позволяющая своим клиентам сосредоточиться на прикладной специфике. Разумеется, время от времени клиенту придется совершенствовать свою базовую плату и приобретать новые, более производительные модули. Но, во-первых, многие встраиваемые модули унифицированы и взаимозаменяемы (это справедливо в рамках всех без исключения продуктовых линеек Kontron, образованных малогабаритными продуктами), а во-вторых, хлопоты по замене встраиваемого модуля не идут ни в какое сравнение с той головной болью, что сопряжена с разработкой системы от начала и до конца своими силами. Еще одним плюсом является долговечность: модульный принцип построения автоматически означает длительный срок службы системы как целого, поскольку позволяет заменять только неисправные или устаревшие узлы.

Унификация и совместимость с изделиями других поставщиков характерны для многих продуктовых линеек холдинга Kontron. Специалисты компании Kontron Embedded Modules уже превратили ряд своих частнофирменных спецификаций в открытые стандарты и намерены и далее продолжать в том же духе. На текущий момент открытыми стандартами, появившимися в отрасли встраиваемых систем благодаря Kontron, являются PISA, DIMM-PC, ETX, MOPS, E2Brain и JFLEX. В ближайшем будущем к ним могут добавиться X-Board и JRex. Форм-факторы EPIC и MicroITX не обязаны своим существованием Kontron, но пользуются его активной поддержкой: компании Kontron Embedded Modules и Kontron Technology A/S производят соответствующую продукцию.

Встраиваемые модули формата ETX

Конструктив ETX (Embedded Technology eXtended) ориентирован на промышленное применение. ETX был разработан как внутренняя спецификация фирмы JUMPtec (название компании Kontron Embedded Modules до вхождения в состав холдинга Kontron). Впоследствии, когда авторы передали эту спецификацию во всеобщее пользование, ETX стал популярным промышленным стандартом. В настоящее время данный конструктив поддерживается множеством поставщиков. Типовое изделие формата ETX — это PC-совместимый компьютер, выполненный на одной печатной плате размером 114×100 мм. При создании таких модулей используются процессоры самой разной производительности, что позволяет пользователям легко наращивать вычислительную мощь своих систем.

Модуль ETX оснащен четырьмя низкопрофильными разъемами, предназначенными для подключения к клиентской базовой плате. Последняя служит для размещения коннекторов, обеспечивающих взаимодействие модуля ETX с внешним миром, а также реализации дополнительных устройств ввода-вывода и прикладной функциональности (периферия на шинах PCI и ISA). Проектируя базовую плату, пользователь может выбрать такой формат и такое размещение компонентов, которое будет наиболее удобным с точки зрения данной конкретной задачи; когда же придет время модернизации, достаточно будет просто заменить один модуль ETX на другой, более быстрый и современный.

Изделия формата ETX, которые предлагает холдинг Kontron, суть полнофункциональные компьютеры на базе процессоров типа x86, характеризующиеся малыми размерами и высокой степенью интеграции. Компания Kontron Embedded Modules оснащает продукты этого типа разнообразными процессорами с системой команд x86 и тактовой частотой от 100 МГц (серия ETX-E.LITE) до 1,8 ГГц (продукт ETX-PM). По части коммуникационных и мультимедийных возможностей изделия ETX марки Kontron могут составить конкуренцию иным настольным ПК: у всех одноплатных компьютеров этой серии есть шина PCI 2.1, поддержка локальной сети, IDE-каналы, интерфейс флоппи-дисковода, последовательный и параллельный порты, порты для подключения клавиатуры и мыши, а также контроллеры звука и графики.

Самым производительным представителем семейства Kontron ETX является в настоящий момент ETX-PM (рис. 2). Одноплатный компьютер ETX-PM оснащается малопотребляющим процессором Intel Pentium M с тактовой частотой 1,8 ГГц, имеет ОЗУ типа DDR SO-DIMM PC2100 с поддержкой коррекции ошибок (максимальный объем — 1 Гбайт) и четыре полноскоростных канала USB 2.0. Ядро Intel Extreme Graphics 2 обеспечивает ускорение двумерной и трехмерной графики и поддерживает разрешения до 2048×1536 включительно. Универсальный видеоинтерфейс JILI автоматически определяет тип подключенного ЖК-дисплея и выставляет соответствующие этому типу видеопараметры. Встраиваемый модуль ETX-PM работает под управлением операционных систем Windows XP, Windows XP Embedded, Windows 2000, Windows CE.NET и Linux, а также ОС реального времени VxWorks.

Так выглядит одноплатный компьютер ETX-PM — флагман продуктовой линейки ETX компании Kontron Embedded Modules
Рис. 2. Так выглядит одноплатный компьютер ETX-PM — флагман продуктовой линейки ETX компании Kontron Embedded Modules

Многие ETX-модули марки Kontron не требуют активного охлаждения. В этой подгруппе рекордсменом по производительности является продукт ETX-P3T, построенный на базе чипсета Intel 82815 с интегрированным графическим ядром BGA544. Центральным процессором модуля ETX-P3T является либо Intel Celeron ULV, либо Intel Celeron III (до 400 МГц и до 733 МГц соответственно), максимальный объем оперативной памяти составляет 512 Мбайт. В наличии четыре порта USB 2.0, интерфейс LVDS (опционально может быть заменен на DVO), часы реального времени и сторожевой таймер, плюс весь тот джентльменский набор, который есть у каждого представителя семейства Kontron ETX (см. выше).

Младшая модель семейства Kontron ETX называется ETX-E.LITE. Этот одноплатный компьютер имеет процессор STPC Elite с тактовой частотой 100 МГц, ОЗУ объемом 32 Мбайт и гнездо для установки карточки Compact Flash.

Одноплатные компьютеры E2Brain

Сегодня производителям нужно выпускать все больше продуктов во все более сжатые сроки, да еще и успевать осваивать новые технологии. Чтобы помочь своим клиентам быть успешными в конкурентной борьбе, компания Kontron Embedded Modules разработала форм-фактор E2Brain. Изделия E2Brain, как и встраиваемые модули других типов, призваны облегчить производителям задачу выживания в современных условиях. Готовые компьютерные ядра способны значительно ускорить выход на рынок, поскольку они позволяют не заниматься интеграцией ЦП и разработкой базовой функциональности, а сразу переходить к прикладной части.

В архитектуре E2Brain (Embedded Electronic Brain) аппаратные средства разделены на базовые и прикладные. Первые являются общими для целых классов задач, и потому их можно разработать один раз, а вторые специфичны для конкретного приложения и должны проектироваться заново для каждой новой системы или нового устройства. Область применения модулей E2Brain охватывает промышленную, медицинскую, коммуникационную, транспортную и военную электронику. Спецификация E2Brain определяет форм-фактор и набор функциональных интерфейсов, что делает разные модули E2Brain совместимыми и взаимозаменяемыми.

Встраиваемые модули серии Kontron E2Brain не привязаны жестко к какой-либо одной процессорной архитектуре и создаются на базе разнообразных RISC-процессоров. В этом состоит их принципиальное отличие от ETX. Кроме того, изделия E2Brain несколько меньше: их размеры составляют 75×115 мм. Встраиваемые модули данного типа позволяют клиентам интегрировать в свои системы разнообразные современные процессоры, несовместимые с x86 (PowerPC, ARM, SH и др.).

Когда необходимо добиться как можно меньшего расхода электроэнергии и использовать ЦП с архитектурами RISC, форм-фактор E2Brain способен обеспечить значительное ускорение и удешевление процесса проектирования. В настоящее время в семействе Kontron E2Brain представлены процессоры типа PowerPC и XScale. Впоследствии должны появиться модули E2Brain на базе других архитектур.

У каждого модуля E2Brain есть шинные интерфейсы PCI, LPC и I2C, а также два терминальных порта, от одного до четырех быстрых последовательных интерфейсов, служебный порт, интерфейс JTAG/BDM и от одного до четырех каналов Ethernet. Одноплатные компьютеры этого типа могут иметь как оперативную, так и энергонезависимую память, плюс разнообразные дополнительные контроллеры ввода-вывода (CAN, UTOPIA и др.), придающие отдельным изделиям E2Brain известную степень специализации. Благодаря применению малопотребляющих процессоров и передовой схеме кондуктивного охлаждения все одноплатные компьютеры данного типа могут работать в диапазоне температур от –40 до +85 °C. Это обстоятельство вкупе с малыми размерами, большой механической прочностью и хорошей защищенностью от электромагнитных помех делает модули E2Brain подходящими для эксплуатации в неблагоприятных условиях.

Для модулей E2Brain, как и для их «старших братьев» ETX, необходимы специализированные базовые платы, где реализуются физические интерфейсы и монтируются дополнительные устройства ввода-вывода, взаимодействие с которыми осуществляется по шинам PCI и LPC. Два из четырех разъемов, которыми модуль E2Brain подключается к базовой плате, клиент может использовать по своему усмотрению (интеграция новых интерфейсов типа PCI Express или Rapid IO и др.).

На текущий момент продуктовую линейку Kontron E2Brain возглавляет модуль EB425 (рис. 3), который оснащается коммуникационным процессором Intel XScale IXP425 с тактовой частотой до 533 МГц, имеет до 256 Мбайт оперативной памяти, два контроллера Fast Ethernet, интерфейс UTOPIA, порт USB 1.1 и интерфейс CAN (последнее опционально).

Встраиваемый модуль E2Brain EB425, оснащающийся коммуникационным процессором XScale IXP425 с тактовой частотой до 533 МГц
Рис. 3. Встраиваемый модуль E2Brain EB425, оснащающийся коммуникационным процессором XScale IXP425 с тактовой частотой до 533 МГц

Самым недорогим представителем данного семейства является продукт EB855, построенный на базе процессора PowerQUICC MPC855T фирмы Freescale с интегрированным коммуникационным ядром. Данный модуль несет на себе до 16 Мбайт запаянной SDRAM-памяти, флэш-память объемом 4 Мбайт и энергонезависимую SRAM-память на 1 Мбайт.

Примером модуля E2Brain с оптимальным соотношением производительности и цены может служить изделие EB405, оснащаемое 266-мегагерцовым процессором IBM/AMCC PowerPC 405EP, памятью SDRAM объемом до 256 Мбайт и флэш-памятью объемом 32 Мбайт.

Процессорные решения марки Kontron в конструктиве DIMM-PC

Формфактор DIMM-PC проделал тот же путь, что несколькими годами позже прошел ETX, то есть начал свою жизнь как внутренняя спецификация фирмы JUMPtec (ныне — Kontron Embedded Modules), но в конечном итоге стал открытым промышленным стандартом.

Изделия DIMM-PC меньше стандартной визитной карточки: габариты этих модулей составляют всего 68×40 мм. Несмотря на исключительно малые размеры этих продуктов, в них удается использовать сравнительно быстрые процессоры класса i386 и i486. Причем в конструктиве DIMM-PC выполняются не только вычислительные, но и интерфейсные модули, обеспечивающие поддержку графического вывода, сетей Ethernet и др.

Компоненты с малым числом выводов (реле, блоки питания, аналого-цифровые преобразователи и др.) содержатся, как правило, в прикладной части встраиваемой системы. Число же контактов во встраиваемом компьютере обычно гораздо больше, равно как и плотность размещения компонентов. Идеология архитектуры DIMM-PC заключается в отделении той части системы, где компоненты размещены редко и контактов мало, от той ее части, где компоненты размещены часто и контактов много.

Периферийные коннекторы составляют значительную долю от полной стоимости встраиваемого компьютера. Для какого-нибудь модуля PC/104 с процессором 386SX их стоимостный вклад может достигать 25%! Поэтому модули DIMM-PC не имеют отдельных коннекторов для каждого интерфейса. У DIMM-PC есть один-единственный недорогой разъем SO-DIMM, что делает эти изделия очень привлекательными также и с экономической точки зрения.

Технология DIMM-PC ориентирована на систему команд x86, и все встраиваемые компьютеры этого формата являются PC-совместимыми. Компания Kontron Embedded Modules оснащает такие изделия процессорами с тактовыми частотами от 33 до 133 МГц. Продукты данного типа как нельзя лучше подходят для задач мониторинга и управления. По умолчанию у каждого модуля DIMM-PC есть интерфейс клавиатуры, канал IDE, интерфейс флоппи-дисковода, последовательный и параллельный порты. Отдельные версии оснащаются также контроллерами локальной сети. Наличие бортовой флэш-памяти позволяет использовать модули DIMM-PC в отсутствие внешних накопителей.

Поскольку среди DIMM-PC есть не только встраиваемые компьютеры, но и интерфейсные решения, соответствующие базовые платы могут иметь более одного посадочного места: для собственно процессорного модуля и для дополнительных модулей расширения. Изделия DIMM-PC обоих типов устанавливаются в обычный разъем DIMM, от которого и происходит их название. Базовая плата служит платформой для реализации физических интерфейсов встраиваемого компьютера, а также дополнительных средств ввода-вывода и прикладных функций (периферия на шине ISA).

Наиболее производительным и функционально насыщенным модулем DIMM-PC компании Kontron Embedded Modules является продукт DIMM-PC/520-IE (рис. 4). Этот одноплатный компьютер построен на базе 133-мегагерцового процессора AMD SC520 и оснащен интерфейсом Ethernet со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/с. Размер ОЗУ типа DRAM составляет 32 Мбайт, таков же объем бортовой флэш-памяти. Несмотря на чрезвычайно малые размеры, встраиваемый компьютер DIMM-PC/520-IE имеет полный набор базовых коммуникационных возможностей настоящего ПК: интерфейс флоппи-дисковода, канал IDE, один параллельный и два последовательных порта, а также интерфейс клавиатуры PS/2. Помимо версии DIMM-PC/520-IE существует еще и модификация DIMM-PC/520-IU, у которой вместо контроллера локальной сети есть интерфейс USB 1.1, а также недорогая модель DIMM-PC/520-I, у которой нет ни того, ни другого.

Одноплатный компьютер DIMM-PC/520-I
Рис. 4. Одноплатный компьютер DIMM-PC/520-I

Встраиваемые компьютеры формата X-Board

Структура индустрии встраиваемых систем непрерывно изменяется: появляются новые приложения, рынок начинает предъявлять новые требования. В определенный момент образовалась брешь между функционально нагруженными модулями ETX и E2Brain, с одной стороны, и малютками DIMM-PC — с другой. Конструктив X-Board, разработанный компанией Kontron Embedded Modules, заполнил данный пробел (рис. 5). Концептуально X-Board есть не что иное, как попытка убить двух зайцев одним выстрелом, то есть получить сразу и очень малые размеры, и большое число интерфейсов. С высоты сегодняшнего дня видно, что эта попытка вполне удалась.

Модуль серии X-Board: разумный компромисс между размерами и функциональностью
Рис. 5. Модуль серии X-Board: разумный компромисс между размерами и функциональностью

DIMM-PC — это предел миниатюризации; сразу под ним начинается уровень компонентов. Изделия формата DIMM-PC строятся на базе недорогих x86-процессоров малой производительности (от 386 до AMD SC520) и требуют дополнительного модуля, если нужна поддержка графики. Средством расширения для таких продуктов служит только шина ISA. В случае с DIMM-PC малые размеры — это самоцель, оправдывающая любые жертвы, но дающая хорошие плоды в тех приложениях, где свободного пространства крайне мало, а вот производительность и широта коммуникационных возможностей не имеют большого значения. Противоположностью DIMM-PC являются одноплатные компьютеры формата ETX, которые обладают богатейшей мультимедийной функциональностью, оснащаются быстрыми ЦП, работающими на частотах до 1 ГГц, и имеют все мыслимые интерфейсы, какие только может иметь система на базе архитектуры x86.

Модули X-Board — это реальный пример разумного компромисса между функциональностью и размерами. При габаритах 68×49 мм (всего на 9 мм шире, чем DIMM-PC) изделия X-Board оснащаются экономичными процессорами с архитектурами как x86, так и RISC. При этом набор интерфейсов, контроллеров и других функциональных блоков у X-Board более чем достойный: здесь есть и USB, и Ethernet, и последовательные порты, и звук, и видео, и DRAM, и даже флэш-память. Изделия X-Board позиционируются холдингом Kontron как современные, прогрессивные решения, поскольку они лишены порта PS/2, интерфейса флоппи-дисковода, параллельного порта и шины ISA. Принесение морально устаревших интерфейсов в жертву прогрессу при создании модулей DIMM-PC позволило помимо всего прочего использовать не только традиционные ЦП с системой команд X86, но и RISC-процессоры.

Форм-фактор X-Board хорош в тех случаях, когда необходимо экономить электроэнергию, хватает низкой или средней производительности и необходимо использовать модули как можно меньших размеров. На данный момент в линейке X-Board компании Kontron Embedded Modules представлены x86-совместимые процессоры Geode SC1100 фирмы National Semiconductor и чипы Intel XScale 255. На очереди другие RISC-архитектуры: ARM и MIPS. Изделия X-Board отлично подходят для применения во встраиваемых системах самых разных типов и могут, кроме того, послужить толчком к отказу от устаревших интерфейсных технологий.

Типичный модуль X-Board укомплектован шинами расширения PCI и LPC, тремя портами USB, четырьмя последовательными портами (уровень TTL), контроллером сети 10/100 Ethernet, аудиоконтроллером AC97, поддерживает ЖК- и электронно-лучевые дисплеи, имеет ТВ-выход, бортовое ОЗУ типа DRAM и флэш-память. Благодаря наличию последней модули X-Board могут работать как автономные встраиваемые компьютеры. Все X-Board довольствуются пассивным охлаждением.

На специализированную базовую плату модуль X-Board устанавливается при помощи стандартного разъема SO-DIMM. Базовая плата обеспечивает ввод-вывод и несет физические интерфейсы встраиваемого компьютера. Дополнительные подсистемы и прикладные функции оформляются как периферийные устройства на шинах PCI и LPC.

В продуктовой линейке Kontron X-Board есть интересное изделие на базе процессора Intel XSсale PXA 255 (тактовая частота — 200 или 400 МГц), называющееся X-Board<PXA>. Модуль X-Board<PXA> имеет от 16 до 64 Мбайт оперативной памяти, от 8 до 32 Мбайт флэш-памяти, поддерживает жидкокристаллические дисплеи и работает под операционными системами WindowsCE и Linux.

Есть основания полагать, что X-Board может войти в когорту PISA, DIMM-PC, ETX, MOPS, E2Brain и JFLEX и стать еще одним открытым промышленным стандартом авторства Kontron Embedded Modules.

Встраиваемые платы

Как уже говорилось выше, встраиваемые платы (Embedded Board), в отличие от встраиваемых модулей (Embedded Module), обладают значительной долей «самостоятельности», то есть не зависят от базовых плат и имеют отдельные разъемы для каждого своего интерфейса. Холдинг Kontron предлагает множество изделий класса Embedded Board, среди которых наверняка найдутся те, что подходят именно для вашей задачи.

Платы формата PC/104 и PC/104-Plus

Изделия, выполненные в конструктивах PC/104 и PC/104-Plus, суть типичные встраиваемые платы. В отличие от ETX, E2Brain, X-Board, DIMM-PC и других встраиваемых модулей, продукты PC/104 и PC/104-Plus не нуждаются в базовых платах. Изделия этих двух форматов устанавливаются друг на друга по принципу этажерки, и обычно в такой этажерке наряду с процессорными присутствуют также и интерфейсные платы, а универсальные шинные разъемы используются исключительно как средства расширения.

Сами форм-факторы PC/104 и PC/104-Plus весьма популярны и не нуждаются в представлении. Процессорные платы этих типов, предлагаемые компанией Kontron Embedded Modules, бывают очень удобны в тех случаях, когда необходима функциональность типового персонального компьютера плюс широкие возможности по их изменению и обогащению. В тех изделиях PC/104 и PC/104-Plus от Kontron, что образуют серию MOPS, используются процессоры самых разных классов, от 386 до Pentium III, что позволяет охватить весьма широкий спектр потенциальных приложений.

Представители линейки speedMOPS являются рекордсменами по производительности среди продуктов PC/104 и PC/104-Plus, причем не только компании Kontron Embedded Modules, но и других поставщиков. Платы speedMOPS оснащаются быстрыми процессорами Intel ULV Celeron, Intel LV Celeron и Intel Pentium M, которые хорошо сбалансированы в смысле скорости и энергопотребления. Высочайшая производительность и богатая интерфейсная функциональность делают данные изделия ориентированными на PC/104-системы класса High End.

Платы PC/104 производства Kontron базируются на процессорах с системой команд x86, оснащены интерфейсами клавиатуры, каналами IDE, параллельными и последовательными портами. Это роднит их с настольными системами. Характерными чертами серии MOPS и линейки speedMOPS являются поддержка локальных сетей и наличие графических контроллеров.

Платы speedMOPSlcdCE имеют как пассивное, так и активное охлаждение. В первом случае используется процессор Intel ULV Celeron с тактовой частотой 400 МГц, во втором — 733-мегагерцовый Intel LV Celeron. Указанные изделия построены на базе чипсета Intel 815/ICH4, что не характерно для мира PC/104/Plus. Имея интегрированное графическое ядро, этот современный микросхемный набор обеспечивает поддержку двух 24-разрядных каналов LVDS и двух портов USB 2.0. К платам speedMOPSlcdCE можно подключать самые разные электронно-лучевые и жидкокристаллические дисплеи. Бортовой слот SO-DIMM способен принять до 512 Мбайт оперативной памяти. В наличии канал 10/100 Ethernet, шина PC/104+ (специальная версия PCI), контроллер звука, параллельный порт, интерфейс флоппи-дисковода, два канала IDE, порты клавиатуры и мыши, сторожевой таймер и часы реального времени. Поддерживается загрузка по сети и функция DarkBoot. Дополнительные модули ввода-вывода могут устанавливаться как над, так и под процессорной платой, что обеспечивает удобный доступ к обеим ее сторонам и позволяет добиться лучшего охлаждения ЦП.

Продукт MOPSlcd7, построенный на наборе микросхем VIA TwisterT с интегрированным графическим ядром S3 Mobile Savage 4, возглавляет продуктовую серию MOPS. На плату MOPSlcd7 устанавливаются процессоры Intel ULP Celeron (300 МГц) или Intel LP Pentium III (700 МГц). Последний требует применения вентилятора, в то время как первому вполне хватает пассивного охлаждения. Пользователю доступны шина PC/104+, гнездо SDRAM (максимальный объем ОЗУ составляет 512 Мбайт), канал 10/100 Ethernet, два интерфейса USB, один параллельный и два последовательных порта, порт клавиатуры и интерфейс. Продукт MOPSlcd7способен взаимодействовать с EIDE-накопителями, оснащен сторожевым таймером и часами реального времени, умеет загружаться по сети и знаком с технологией DarkBoot.

Разводка выводов для двух последовательных портов, 44-контактного интерфейса IDE, параллельного порта и одного канала локальной сети одинакова для всех представителей линейки speedMOPS и серии MOPS. Это обеспечивает простоту модернизации систем, построенных на базе MOPS и speedMOPS. Еще одной важной характеристикой этих плат является наличие интерфейсов JILI (JUMPtec Intelligent LVDS Interface) и JIPA (JUMPtec Intelligent Panel Adaption), обеспечивающих автоматическое определение типа подключенного дисплея с последующим автоконфигурированием и полностью закрывающих проблему совместимости с разными дисплеями. Помимо процессорных продуктов PC/104-предложение компании Kontron Embedded Modules включает разнообразные модули ввода-вывода, адаптеры и другие изделия, из которых можно быстро собрать конфигурацию под конкретную задачу.

Самые быстрые в мире платы формата PC/104-Plus называются speedMOPSlcdCE и предлагаются компанией Kontron Embedded Modules
Рис. 6. Самые быстрые в мире платы формата PC/104-Plus называются speedMOPSlcdCE и предлагаются компанией Kontron Embedded Modules

Решения формата 3,5" (JRex)

В портфеле встраиваемых плат холдинга Kontron есть изделия формата 3,5 дюйма (3,5"), образующие семейство JRex. Строго говоря, такого формата не существует, ибо для компьютеров, примерно соответствующих по своим размерам обычным 3,5-дюймовым накопителям, до сих пор нет никаких сколько-нибудь популярных стандартов. Впрочем, благодаря усилиям Kontron Embedded Modules положение дел в этой области может исправиться уже очень скоро.

Если нужны базовые функции ПК, хорошая расширяемость и простота механической интеграции, разработчику имеет смысл обратить внимание на платы JRex. И если по первым двум пунктам наблюдается полное совпадение с только что рассмотренными платами PC/104 и PC/104-Plus, третий подводит нас к основному преимуществу JRex перед PC/104: минимизация числа кабелей в конечной системе, обусловленная использованием стандартных модулей расширения JFLEX.

На изделия JRex ставятся самые разные процессоры, среди которых есть и Geode, и Intel Pentium M, при этом конфигурация основных интерфейсов идентична таковой для обычной настольной системы (клавиатура, мышь, последовательный и параллельный порты, флоппи-дисковод и каналы IDE). У плат этого типа есть гнезда для установки карточек CompactFlash, графические контроллеры и интерфейсы Ethernet. В семействе JRex имеются уникальные продукты с портами Firewire и аппаратной поддержкой MPEG-декодирования.

Специальные модули расширения JFLEX, составляющие, как уже говорилось выше, одно из ключевых преимуществ JRex над одноплатными компьютерами некоторых других типов, могут устанавливаться на 3,5-дюймовые платы из линейки JRex Embedded Line. Модули JFLEX радикально сокращают число внутрисистемных кабельных соединений по сравнению с PC/104 и PC/104-Plus, в результате чего работы по сборке и монтажу ощутимо упрощаются и ускоряются, а сама система становится более надежной. Преимущество JFLEX над PC/104-Plus было признано рядом ведущих компаний в ходе тестирования, инспирированного фирмой Kontron Embedded Modules, по окончании которого спецификация JFLEX стала достоянием общественности и превратилась в открытый промышленный стандарт. Еще одним достоинством JRex является одинаковое физическое расположение основных интерфейсов для всех моделей и версий. Семейство JRex оказалось очень удачным и вполне может послужить отправной точкой для очередного промышленного стандарта, возникшего благодаря специалистам Kontron Embedded Modules. Подобное развитие событий представляется более чем вероятным, ведь в истории этой компании так бывало уже не раз, а потребность в стандартах для сегмента 3,5" сегодня сильна, как никогда.

JRex-PM является топовым изделием семейства JRex (рис. 7). У этого модуля есть быстрый процессор Intel Pentium M, который может работать на частоте до 2 ГГц (оба варианта охлаждаются вентилятором), и чипсет Intel 855, содержащий графическое ядро Intel Extreme Graphics 2 и использующий до 32 Мбайт видеопамяти. Микросхемный набор Intel 855 обеспечивает поддержку 400-мегагерцовой системной шины и до 1 Гбайт памяти DDR 200/266 с коррекцией ошибок, которая устанавливается в слот DIMM. В оснащение одноплатного компьютера JRex-PM входят порт Fast Ethernet, два интерфейса USB 2.0, последовательный порт, канал EIDE UltraDMA 100, гнездо CompactFlash и разъемы для подключения клавиатуры и мыши. Поддерживаются обычные и жидкокристаллические дисплеи, технология DVO, функция поворота изображения и независимый вывод на два монитора. Интерфейс JILI позволяет подключать к одноплатному компьютеру JRex-PM любой дисплей и полностью автоматизирует связанные с этим подключением процессы конфигурирования и настройки.

Встраиваемый компьютер JRex-PM. Изделия, созданные в соответствии с будущим промышленным стандартом на 3,5-дюймовые платы, будут, возможно, похожи на это одноплатное решение.
Рис. 7. Встраиваемый компьютер JRex-PM. Изделия, созданные в соответствии с будущим промышленным стандартом на 3,5-дюймовые платы, будут, возможно, похожи на это одноплатное решение.

Встраиваемые платы формата EPIC — перспективный новичок

Спецификация EPIC (Embedded Platform for Industrial Computing) увидела свет в 2004 году, став плодом совместных усилий специалистов из компаний Ampro, Microsys, Octagon, VersaLogic иWinSystems. Платы EPIC заполняют пробел, образовавшийся в ходе эволюции отрасли встраиваемых вычислительных решений: по своим размерам (115×165 мм) EPIC занимают промежуточное положение между изделиями PC/104 и популярными материнскими платами EBX. Площадь EPIC достаточна для установки множества разъемов и мощных современных процессоров с радиаторами и вентиляторами.

Едва появившись на свет, форм-фактор EPIC уже привлек к себе интерес разработчиков оборудования для военной отрасли. Причина тому — хороший баланс между размерами и производительностью, большая механическая прочность и возможность интеграции в систему мощных процессоров без активного охлаждения.

Несмотря на все преимущества высоконадежной, проверенной и очень популярной технологии PC/104, она не позволяет использовать многие новейшие процессоры. С другой стороны, на 5,25-дюймовые платы EBX можно установить все что угодно, однако сами эти платы вписываются по габаритам далеко не везде. Конструктив EPIC есть именно тот оптимум, который позволяет использовать современные компоненты, но еще не настолько велик, чтобы размеры начинали ограничивать сферу его применимости.

Вместе с тем ни поставщики, ни пользователи EPIC не собираются отказываться от PC/104 и PC/104-Plus: интерфейсные продукты этих форматов могут использоваться вместе с EPIC в качестве модулей расширения. Еще одним важным преимуществом нового конструктива является то, что здесь процессор всегда расположен снаружи «этажерки», и потому для его эффективного охлаждения не требуется прибегать к особым ухищрениям вроде тех, которые являются повседневной реальностью проектировщиков традиционных систем на основе PC/104 и PC/104-Plus.

Разъемы PC/104-Plus дают встраиваемым платам EPIC автоматическую и безусловную совместимость со всеми старыми и новыми модулями расширения PC/104/Plus, а «дополнительная» площадь развязывает производителям руки, позволяя не только использовать более мощные процессоры, но и реализовывать интерфейсы нового поколения, такие как PCI Express. Форм-фактор EPIC хорош как средство расширения сферы применимости традиционных технологий и сращивания их с технологиями нового поколения.

Может показаться, что рынки EPIC и JRex пересекаются, ведь изделия EPIC лишь немного превосходят по размерам 3,5-дюймовые одноплатные компьютеры Kontron JRex, имеющие стандартные модули расширения JFLEX. Однако это ложное впечатление. Различие между двумя конструктивами носит не функционально-геометрический, а концептуальный характер. Используя EPIC, можно модернизировать существующие решения и создавать новые системы, совместимые с традиционными продуктами PC/104 и PC/104-Plus. Одноплатные же компьютеры JRex и модули расширения JFLEX решают принципиально иные задачи, позволяя строить совершенно новые системы с радикально уменьшенным числом кабелей внутри. Прикладная ориентация определяет многие технические характеристики встраиваемых плат этих двух типов. Совершенно логично, в частности, что шина ISA поддерживается в EPIC и не поддерживается в JRex. Различий между EPIC и JRex оказывается на поверку гораздо больше, чем сходств. Изделия JRex и JFLEX решительно рвут с прошлым и адресованы электронике нового поколения, в то время как стандарт EPIC исповедует более мягкий подход, предполагающий сохранение совместимости с модулями расширения PC/104 и PC/104-Plus.

Возвращаясь к EPIC, можно сказать, что новый форм-фактор не является ни увеличенным PC/104, ни уменьшенным EBX. В мире встраиваемых продуктов далеко не все определяется размерами и совместимостью. Правильнее будет сказать, что EPIC есть гибрид технологии расширения PC/104 и стандарта материнских плат ATX.

Примкнув к разработчикам EPIC, компания Kontron Embedded Modules стала активно поддерживать новый конструктив. Все изделия Kontron, выполненные в данном форм-факторе, будут иметь одинаковую разводку и расположение основных интерфейсов, что сделает их взаимозаменяемыми и максимально упростит модернизацию клиентских систем.

Компания Kontron Embedded Modules уже выпустила свою первую плату формата EPIC, называющуюся EPIC/CE (рис. 8) и оснащающуюся процессором Intel LV Celeron или Intel ULV Celeron с тактовой частотой соответственно 400 и 733 МГц. Второй вариант является более производительным, а первый лучше подходит для жестких условий эксплуатации, поскольку обходится без вентилятора. EPIC/CE несет чипсет Intel 815 с интегрированным графическим ядром, имеет четыре последовательных порта и целых шесть интерфейсов USB 2.0. Каналов Fast Ethernet у этой платы насчитывается два, линий GPIO—девять. В наличии также два 24-разрядных интерфейса LVDS, интерфейсы для подключения электронно-лучевых и ЖК-дисплеев, контроллер звука формата 5.1, параллельный порт, разъемы клавиатуры и мыши. Объем оперативной памяти, устанавливаемой в разъем SO-DIMM, может достигать 512 Мбайт. Имеется гнездо для подключения накопителей типа Compact Flash. Пользователь может использовать стандартные модули расширения PC/104 и PC/104-Plus.

Внешний вид первого одноплатного компьютера компании Kontron Embedded Modules, выполненного в перспективном конструктиве EPIC
Рис. 8. Внешний вид первого одноплатного компьютера компании Kontron Embedded Modules, выполненного в перспективном конструктиве EPIC

На лицевой панели платы EPIC/CE, которая оформлена так же, как у обычной материнской, есть звуковые каналы, параллельный порт, разъемы клавиатуры, мыши, четыре порта USB и оба порта локальной сети. Благодаря шестиканальному звуку и развитым графическим возможностям данный продукт в первую очередь адресован мультимедийным и игровым приложениям. С другими встраиваемыми решениями от Kontron Embedded Modules плату EPIC/CE объединяет интерфейсная технология JILI (JUMPtec Intelligent LVDS Interface), позволяющая пользователям выбирать на рынке любые нравящиеся им дисплеи. Вскоре линейка EPIC компании Kontron Embedded Modules должна пополниться новым продуктом, который построен на базе быстрого процессора Intel Pentium M и имеет обе шины расширения, предусмотренные в стандарте PC/104-Plus: ISA и PCI.

Вместо заключения

Дополнительные сведения о продукции Kontron, Kontron Embedded Modules и Kontron Technology A/S можно найти на корпоративном веб-сайте www.kontron.com.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке