Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №11

Форм-фактор nanoETXexpress, или Еще один способ создать встраиваемую систему с шиной PCI Express

Акиншин Леонид


Игроки рынка встраиваемых систем высоко ценят усилия холдинга Kontron, направленные на стандартизацию базовых вычислительных узлов. Такие стандартизованные узлы, называемые «компьютеры на модуле» (Computer-On-Module — COM), имеют унифицированные интерфейсы и одинаковую разводку разъемов, посредством которых они подключаются к базовой плате. Эта плата разрабатывается пользователем с учетом специфики конкретных приложений, в которых ее предполагается использовать. Любая базовая плата, спроектированная под любой стандартизованный модуль COM, автоматически оказывается совместимой с целыми семействами и даже поколениями COM%модулей, что способствует сокращению циклов разработки, упрощает модернизацию и масштабирование конечной системы и позволяет использовать однажды сделанные наработки в различных проектах.

Очередным подарком холдинга Kontron для рынка встраиваемых систем должна стать новая спецификация nanoETXexpress, расширяющая семейство стандартов ETX, ETXexpress/COM Express и microETXexpress/Compact COM Express. Сохраняя совместимость с ETXexpress и microETXexpress на уровне разъемов для подключения к базовой плате, спецификация nanoETXexpress позволит использовать шину PCI Express в конечных решениях меньших габаритов.

Становление индустрии COM

Трудно переоценить ту роль, что сыграл холдинг Kontron в развитии и становлении индустрии COM. Не будет большим преувеличением сказать, что Kontron фактически создал ее с нуля, причем не только и не столько своими продуктами, сколько политикой «открытия» спецификаций, по которым эти продукты создаются. Все уже давно привыкли, что после обнародования внутренние спецификации холдинга Kontron автоматически превращаются в открытые промышленные стандарты, следуя которым, и разработчики, и пользователи могут сэкономить массу времени, денег и сил. Первым стандартом, который обязан своим появлением подобной политике Kontron, (а равно и вообще первым стандартом на изделия типа COM) стала спецификация DIMM-PC, опубликованная в 1998 г. Впоследствии к ней добавилась спецификация E2Brain, определившая требования к миниатюрным вычислительным ядрам на базе RISC-процессоров, и технология ETX, развившаяся к настоящему моменту в целое семейство стандартов: собственно ETX, ETX Express/COM Express, microETXexpress/Compact COM Express, ETX 3.0 и nanoETXexpress. Как можно заключить из названий, главное отличие всех позднейших версий ETX от исходной (за исключением ETX 3.0) — это поддержка скоростной шины PCI Express, которая в настоящее время вытесняет параллельный интерфейс PCI из всех традиционных PCI-приложений, включая встраиваемые.

Базовый стандарт ETX и стандарт ETX 3.0

Спецификация ETX (Embedded Technology eXtended), открытая холдингом Kontron для всеобщего пользования в 2000 году, определяет полнофункциональный мультимедийный компьютер на плате, чьи размеры 954114 мм. По длине сторон модули ETX близки к изделиям PC/104, однако высота профиля ETX составляет всего 10 мм. Кроме того, по сравнению со спецификацией PC/104 стандарт ETX значительно более полно определяет функциональность процессорного модуля, что сделано с той целью, чтобы гарантировать взаимозаменяемость изделий различных поставщиков (одна из главных задач всякой стандартизации). В стандарте ETX описаны не только шины ISA и PCI, но и все прочие PC-интерфейсы, а также разводка питания.

Все интерфейсы и линии питания ETX выведены в четыре низкопрофильных 100-контактных разъема промышленного класса, служащих для подключения к базовой плате. Типовой модуль ETX оснащен полным набором портов классического ПК, включая видеовыход, аудиоинтерфейсы, порт локальной сети и др. Базовая плата позволяет реализовать дополнительные функции, если таковые необходимы в конкретном приложении. В решениях на базе модулей ETX число внутрисистемных кабелей минимально, что дает ощутимую экономию при серийном производстве.

«Механический» раздел спецификации ETX содержит описание концепции отвода тепла. Каждый модуль оснащен специальной охлаждающей пластиной (cooling plate), целиком покрывающей его поверхность. Обычно эта пластина соединена с корпусом системы. Это позволяет создавать системы, не имеющие активных охлаждающих элементов и обладающие при этом отличными термальными характеристиками даже при использовании современных высокопроизводительных процессоров.

Весной 2006 года холдинг Kontron анонсировал стандарт ETX 3.0 (рис. 1). Данная спецификация определяет два дополнительных интерфейса Serial ATA на верхней стороне модуля, обеспечивающих поддержку современных накопителей. Разводка основных разъемов ETX при этом никак не меняется, что позволяет модулям ETX 3.0 быть полностью совместимыми с базовыми платами, разработанными под модули ETX предыдущих поколений.

Примером современного продукта стандарта ETX 3.0 может служить модуль Kontron ETX-CD. Изделие выполнено на двуядерном процессоре Intel Core2 Duo (тактовая частота составляет 1,5 ГГц), может иметь до 2 Гбайт памяти, оснащено четырьмя портами USB 2.0, всеми необходимыми PC-интерфейсами и двумя портами Serial ATA
Рис. 1. Примером современного продукта стандарта ETX 3.0 может служить модуль Kontron ETX-CD. Изделие выполнено на двуядерном процессоре Intel Core2 Duo (тактовая частота составляет 1,5 ГГц), может иметь до 2 Гбайт памяти, оснащено четырьмя портами USB 2.0, всеми необходимыми PC-интерфейсами и двумя портами Serial ATA

Стандарт ETXexpress/COM Express: шина PCI Express на модулях COM

Инженеры Kontron одними из первых поняли, что область применения шины PCI Express не ограничена сегментом ПК и серверов. Попытки интеграции PCI Express в изделия COM, предпринятые в Kontron еще в 2003 году и нашедшие отражение в спецификации ETXexpress, получили поддержку корпорации Intel и других лидеров отрасли. Результатом стало образование комитета COM Express под эгидой международного консорциума PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group), курирующего разработку и продвижение различных компьютерных стандартов уровня плат и систем.

Изделия ETXexpress/COM Express занимают в мире встраиваемых модулей уникальное положение, поскольку они создаются на базе самых передовых технологий и ориентированы на приложения завтрашнего дня (рис. 2). Модули ETXexpress оснащаются быстрыми последовательными интерфейсами PCI Express, Serial ATA, USB 2.0, LVDS и Serial DVO, что позволяет в полной мере раскрыть потенциал современных многоядерных процессоров. Габариты ETXexpress составляют 95×125 мм.

Внешний вид быстрого одноплатного компьютера Kontron ETXexpress-MC с многоядерным процессором Intel Core2 Duo, высокопроизводительной памятью объемом до 4 Гбайт, системной шиной PCI Express, восемью портами USB 2.0 и тремя каналами Serial ATA
Рис. 2. Внешний вид быстрого одноплатного компьютера Kontron ETXexpress-MC с многоядерным процессором Intel Core2 Duo, высокопроизводительной памятью объемом до 4 Гбайт, системной шиной PCI Express, восемью портами USB 2.0 и тремя каналами Serial ATA

Стандарт microETXexpress/Compact COM Express: начало миниатюризации

Учтя пожелания пользователей, желающих видеть шину PCI Express на модулях COM меньших размеров, осенью 2005 года холдинг Kontron анонсировал спецификацию microETXexpress. В рамках работ, ведущихся в консорциуме PICMG по направлению COM, данная инициатива нашла поддержку, и соответствующий стандарт стал называться Compact COM Express.

Этот стандарт является производным по отношению к стандарту COM Express консорциума PICMG. Спецификация microETXexpress предусматривает поддержку как шины PCI Express, так и шины PCI по принципу «или-или». PCI-вариант адресован тем разработчикам, которые хотят модернизировать свое оборудование, но пока не готовы к отказу от PCI и переходу на новый системный интерфейс. Версия с шиной PCI Express будет оптимальным выбором для новых систем.

Размеры microETXexpress/Compact COM Express составляют 95×95 мм, площадь — 90,25 см2 (76% от площади ETXexpress/COM Express, которая равна 118,75 см2) (рис. 3, 4). Механически модули меньших габаритов полностью совместимы с полноразмерными изделиями COM Express (их можно устанавливать на те же базовые платы).

Модуль microETXexpress-PM с системным интерфейсом PCI Express и 1,4-гигагерцовым процессором Intel Pentium M. В наличии ОЗУ объемом до 1 Гбайт, шесть портов USB 2.0 и другие необходимые порты и интерфейсы
Рис. 3. Модуль microETXexpress-PM с системным интерфейсом PCI Express и 1,4-гигагерцовым процессором Intel Pentium M. В наличии ОЗУ объемом до 1 Гбайт, шесть портов USB 2.0 и другие необходимые порты и интерфейсы
Сравнение модулей ETXexpress/COM Express и microETXexpress/Compact COM Express по габаритам
Рис. 4. Сравнение модулей ETXexpress/COM Express и microETXexpress/Compact COM Express по габаритам

Выводы PCI и PCI Express у модулей microETXexpress располагаются в разных разъемах. Это сделано для того, чтобы при переходе с PCI на PCI Express, а также при совмещении PCI с PCI Express базовая плата претерпевала минимальные изменения. Пользователи, планирующие расширять свои системы в будущем, могут сразу реализовывать на базовых платах интерфейсы PCI Express и Serial ATA. Когда придет время задействовать эти технологии, им останется лишь заменить один процессорный модуль на другой.

Стандарт nanoETXexpress: дальнейшее уменьшение размеров

Форм-фактор nanoETXexpress, анонсированный в этом году, продолжает курс на миниатюризацию модулей COM сшиной PCI Express, заданный спецификацией microETXexpress. При использовании nanoETXexpress дополнительное уменьшение размеров достигается, главным образом, благодаря окончательному отказу от параллельного интерфейса PCI. В свете последних событий в компьютерной отрасли это вполне закономерный шаг: параллельный интерфейс PCI устарел морально и физически еще несколько лет назад, его окончательное исчезновение — дело не самого отдаленного будущего.

Модули nanoETXexpress, таким образом, — это перспективные продукты для перспективных приложений. Площадь nanoETXexpress, имеющего размеры 55484 мм (рис. 5), составляет 39% от площади модуля COM Express базового формата (125495 мм) и 51% от площади модуля microETXexpress (95×95 мм). Новый COM-конструктив опирается на стандарт PICMG COM Express и сохраняет полную механическую совместимость с разъемом COM.0 Type 1. Расположение и разводка всех выводов также остались прежними.

Сверхминиатюрный COM-модуль nanoETXexpress с системной шиной PCI Express, имеющий размеры 55×84 мм
Рис. 5. Сверхминиатюрный COM-модуль nanoETXexpress с системной шиной PCI Express, имеющий размеры 55×84 мм

В индустрии COM изделия nanoETXexpress занимают свою собственную, уникальную нишу. «Снизу» к ним примыкают ультракомпактные, но малопроизводительные модули X-board и DIMM-PC, «сверху» — высокопроизводительные, но уже достаточно крупные одноплатные компьютеры microETXexpress. Изделия nanoETXexpress позаимствовали лучшие черты и у тех, и у других своих «соседей»: поддерживая самые современные процессоры и интерфейсы, они остаются вместе с тем одними из самых миниатюрных модулей COM. Данная совокупность свойств не имеет аналогов ни в продуктовом предложении холдинга Kontron, ни в индустрии COM в целом.

Мощные миниатюрные вычислительные ядра на базе x86-совместимых процессоров с быстрой системной шиной PCI Express востребованы сегодня в разнообразной портативной и мобильной технике. Кроме того, вполне возможно, что само существование таких уникальных изделий приведет к появлению принципиально новых конечных решений, которые ранее было невозможно создать ввиду отсутствия высокопроизводительных комплектующих сверхмалых размеров.

Индустрия COM: 10 лет, полет нормальный

Первое десятилетие индустрии COM было более чем успешным. По данным агентства Venture Development Corporation (VDC), если по состоянию на 2002 г. объем сектора COM составлял $44 млн, то уже в 2004 г. продажи модулей COM и соответствующих базовых плат достигли отметки $121 млн, а показатели 2008 г. оцениваются аналитиками VDC на уровне $515 млн.

«Локомотивом» индустрии COM является сегмент ETX: аналитики VDC утверждают, что на модули, удовлетворяющие как самому этому стандарту, так и его различным производным, приходится около половины всех продаж.

Разработчики встраиваемых систем различных типов давно осознали, что изделия COM — это очень выгодное приобретение. Стандартизованные встраиваемые модули ускоряют выход на рынок, защищают инвестиции в опытно-конструкторские работы, снижают полную стоимость владения существующими системами. Сказанное в полной мере относится к продуктовому семейству ETXexpress холдинга Kontron, которое содержит изделия различных габаритов, механически совместимые друг с другом. Клиенты Kontron могут создавать базовые платы, подходящие для встраиваемых модулей сразу четырех типов: nanoETXexpress, microETXexpress сшиной PCI, microETXexpress с шиной PCI Express (стандарт Compact COM Express) и ETXexpress (стандарт COM Express). Системы на основе таких плат будут масштабируемыми не только по тактовой частоте процессоров, но и по скорости обмена данными с накопителями (IDE или SATA), а также по пропускной способности внутренней шины (PCI или PCI Express) и производительности сетевых интерфейсов (Fast Ethernet или Gigabit Ethernet). Графические модули UGM (еще одна открытая спецификация авторства Kontron) добавляют к этому списку функциональность видеоадаптера: при желании клиенты Kontron могут легко реализовать в своих COM-системах поддержку самых современных графических алгоритмов.

Перечень областей применения изделий, выполненных в стандартах ETX, ETX 3.0, ETXexpress, microETXexpress, nanoETXexpress и UGM, включает сложную медицинскую технику, игровые автоматы, разнообразные портативные и мобильные устройства, а также любые другие системы, где требуется модульность, гибкость и короткие циклы разработки плюс поддержка самых передовых вычислительных и коммуникационных технологий.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке