Автоматизация с баварским акцентом. Часть 2. Встраиваемые платы

Все статьи цикла:

• Автоматизация с баварским акцентом. Часть 1. Встраиваемые компьюторные технологии

• Автоматизация с баварским акцентом. Часть 2. Встраиваемые платы

Встраиваемые платы

Напомним, что встраиваемые платы (Embedded
Board) отличаются от встраиваемых модулей
(Embedded Module) большей степенью «самостоятельности», то есть отсутствием зависимости от базовой платы и наличием отдельных разъемов для
каждого интерфейса. Холдинг Kontron предлагает
множество изделий класса Embedded Board, среди которых с большой степенью вероятности отыщутся
те, что подходят именно для вашей задачи.

Вечно живая классика
Одноплатные компьютеры типа PC/104
и PC/104-Plus

В отличие от продуктов ETX, E2Brain, X-Board
и DIMM-PC, которые являются встраиваемыми модулями, изделия, выполненные в конструктивах
PC/104 и PC/104-Plus, суть встраиваемые платы. Действительно, PC/104 и PC/104-Plus устанавливаются
друг на друга по принципу этажерки, и обычно в такой этажерке наряду с процессором присутствуют
также и интерфейсные решения. Стало быть, в общем случае изделия PC/104 и PC/104-Plus не нуждаются в базовой плате, а их универсальные шинные
разъемы используются исключительно для взаимодействия с модулями расширения.

Популярность формфакторов PC/104 и PC/104-Plus
весьма высока, и они не нуждаются в специальном
представлении. Процессорные платы формата
PC/104, предлагаемые компанией Kontron Embedded
Modules, бывают очень удобны в тех случаях, когда небходимы возможности типового персонального компьютера плюс широкие возможности по их изменению и обогащению. В изделиях PC/104 и PC/104-Plus
от Kontron, образующих серию MOPS, используются процессоры самых разных классов, от 386 до Intel
Pentium III, что позволяет охватить весьма широкий
спектр потенциальных приложений.

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

Система команд X86 в комбинации с интерфейсом
клавиатуры, каналом IDE, параллельным и последовательными портами роднит платы PC/104 произ-
водства Kontron с настольными системами. Характерными чертами серии MOPS и линейки speedMOPS
являются поддержка локальных сетей и наличие графических контроллеров.

Высокопроизводительные платы speedMOPSlcdCE
оснащаются быстрыми процессорами Intel ULV
Celeron и Intel LV Celeron с тактовыми частотами
400 МГц и 733 МГц соответственно. В первом случае
достаточно пассивного охлаждения, второй вариант
снабжается вентилятором. Данные 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.

Серию MOPS возглавляет продукт MOPSlcd7, чипсетом которому служит набор микросхем VIA TwisterT
с интегрированным графическим ядром S3 Mobile
Savage 4. На данную плату могут устанавливаться
процессоры Intel ULP Celeron (300 МГц) или Intel LP
Pentium III (700 МГц). Последний вариант требует
применения вентилятора, в то время как второму
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.

Все представители линейки speedMOPS и серии
MOPS имеют одинаковую разводку выводов для двух
последовательных портов, 44-контактного интерфейса IDE, параллельного порта и одного канала локальной сети. Тем самым достигается просто-
та 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-Plus предложение компании Kontron Embedded Modules
включает разнообразные модули ввода-вывода, адаптеры и другие изделия, из которых
можно быстро собрать конфигурацию под
конкретную задачу.

Прообраз будущего стандарта
3,5-дюймовые одноплатные компьютеры
JRex

Продуктовое семейство JRex от Kontron образовано встраиваемыми платами формата
3,5 дюйма (3,5″). Строго говоря, такого формата не существует, ибо для компьютеров,
примерно соответствующих по размерам
обычным 3,5-дюймовым накопителям, до сих
пор не существует никаких сколько-нибудь
популярных стандартов. Впрочем, благодаря
усилиям Kontron Embedded Modules положение дел в этой области может измениться уже
очень скоро.

Платы JRex помогают в тех случаях, когда
требуются базовые функции ПК, хорошая расширяемость и простота механической интеграции. По первым двум пунктам наблюдается полное совпадение с только что рассмотренными платами PC/104 и PC/104-Plus,
но в третьем заключено основное преимущество JRex над PC/104: минимальное число кабелей в конечной системе, обусловленное использованием стандартных модулей расширения JFLEX.

При создании изделий JRex применяются 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).
Платы этого типа оснащаются также гнездами
для установки карточек CompactFlash, графическими контроллерами и интерфейсами Ethernet.
В семействе JRex есть уникальные продукты,
имеющие порты Fire-Wire и аппаратно реализованную поддержку MPEG-декодирования.

Для тех 3,5-дюймовых плат Kontron, что относятся к линейке JRex Embedded Line, существуют специальные модули расширения
JFLEX, составляющие, как уже говорилось выше, одно из ключевых преимуществ JRex над
одноплатными компьютерами некоторых других типов. Дело в том, что 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, инициированного фирмой Kontron Embedded Modules, по окончании ко-
торого спецификация JFLEX стала достоянием общественности и превратилась в открытый промышленный стандарт. (Существует
и линейка JRex Value Line, модулями расширения для которой являются обычные изделия PC/104 и PC/104-Plus от Kontron и других
поставщиков.) 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.

Действующим чемпионом среди одноплатных
компьютеров JRex является продукт JRex-PM
(рис. 5). 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 внутри себя 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 гигабайта 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.

Новый формфактор с большим будущим
Стандарт EPIC

В 2004 году компании Ampro, Microsys,
Octagon, VersaLogic и WinSystems совместно
разработали новый формфактор, получивший
название EPIC (Embedded Platform for
Industrial Computing). Платы EPIC заполняют
пробел, образовавшийся в ходе эволюции отрасли встраиваемых вычислительных решений: по своим размерам, составляющим
115[165 мм (4,5[6,5 дюйма), они занимают
промежуточное положение между изделиями
PC/104 (3,6[3,8 дюйма) и популярными материнскими платами EBX (5,75[8,0 дюйма). Площадь EPIC достаточна для установки множества разъемов и мощных современных процессоров с радиаторами и вентиляторами.

Весьма примечательно, что, не успев появиться, формфактор EPIC вызвал живейший
интерес у разработчиков оборудования для военной отрасли. Причиной тому — хороший
баланс между размерами и производительностью, большая механическая прочность и возможность интеграции в систему мощных процессоров без активного охлаждения.

Изделия PC/104 — это надежные, проверенные и очень популярные решения, однако для
последних моделей процессоров их площадь уже
недостаточна. С другой стороны, на 5,25-дюймовые платы EBX можно установить все что
угодно, но сами эти платы проходят по габаритам далеко не везде и не всегда. Конструктив
EPIC является как раз тем оптимумом, который
позволяет использовать современные компоненты, но еще не настолько велик, чтобы это
сильно ограничивало сферу его применения.

Модулями расширения для EPIC служат
обычные интерфейсные продукты PC/104
и PC/104-Plus. Еще одним важным преимуществом плат нового формата является то, что
в случае EPIC процессор всегда расположен
снаружи «этажерки», и потому для его эффективного охлаждения не требуется прибегать
к особым ухищрениям вроде тех, которые являются повседневной реальностью для проектировщиков традиционных систем на основе
PC/104 и PC/104-Plus.

Встраиваемые платы EPIC с разъемами
PC/104-Plus по определению совместимы со всеми старыми и новыми модулями расширения
PC/104-Plus. Кроме того, «дополнительная» площадь развязывает руки разработчикам изделий
формата EPIC, позволяя не только использовать более мощные процессоры, но и реализовывать интерфейсы нового поколения, такие,
как PCI Express. Формфактор EPIC хорош как
средство расширения сферы применения традиционных технологий и сращивания их с технологиями нового поколения.

Изделия EPIC лишь немного превосходят
по размерам 3,5-дюймовые одноплатные компьютеры JRex компании Kontron, для которых
существуют стандартные модули расширения
JFLEX, и может показаться, что рынки EPIC
и JRex пересекаются, однако это ложное впечатление. Различие между этими двумя конструктивами — не функционально-геометрического, а концептуального свойства. 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. Такая
ориентация диктует многие технические характеристики встраиваемых плат 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 предполагает более мягкий подход, предусматривающий сохранение совместимости
с модулями расширения PC/104 и PC/104-Plus.

В мире встраиваемых продуктов не все определяется размерами и совместимостью, и потому EPIC — это и не увеличенный формфак-
тор PC/104, и не уменьшенный конструктив
EBX. Правильнее будет сказать, что EPIC есть
гибрид технологии расширения PC/104 и формата материнских плат ATX.

Компания Kontron Embedded Modules примкнула к разработчикам EPIC и стала активно поддерживать новый стандарт. Все изделия
Kontron, выполненные в данном формфакторе, будут иметь одинаковую разводку и физическое расположение основных интерфейсов,
что сделает их взаимозаменяемыми и максимально упростит модернизацию клиентских
систем.

В настоящее время доступна модель
EPIC/CE (рис. 6), оснащенная процессором
Intel LV Celeron или Intel ULV Celeron с тактовыми частотами соответственно 400 МГц
и 733 МГц. Второй вариант является более производительным, первый лучше подходит для
жестких условий эксплуатации, поскольку обходится без вентилятора. Продукт 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 две штуки, 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.

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

Миниатюрные материнские платы

Уменьшенная платформа настольного
класса

Материнские платы MiniITX

В предыдущих параграфах были рассмотрены встраиваемые модули и компактные
встраиваемые платы, предлагаемые холдингом Kontron. Третью группу малогабаритных
решений марки Kontron образуют материнские платы, выполненные в формате MiniITX.

Материнские платы являются специальностью другого участника холдинга Kontron — компании Kontron Technology A/S, которая занимается производством одноплатных компьютеров для промышленной автоматизации,
медицинской техники, индустрии развлечений, банкоматов, кассовых терминалов и информационных киосков.

Будучи сравнительно молодым стандартом,
формфактор MiniITX успел тем не менее завоевать сердца многих разработчиков и пользователей. Несмотря на малые размеры, изделия, выполненные в этом конструктиве, представляют собой полноценные материнские
платы. MiniITX имеют наименьшие габариты
из всех предлагающихся на рынке материнских плат — 17 x 17 см (6,7 x 6,7 дюйма), что
позволяет использовать миниатюрные корпуса и создавать чрезвычайно компактные системы. 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.

По сравнению с малогабаритными встраиваемыми решениями других типов материнские платы обладают одним очень важным преимуществом — высочайшей степенью гибкости. Это их свойство хорошо известно всем, кто
когда-либо покупал или модернизировал ПК.
Используя разные процессоры, модули расширения, ОЗУ и накопители, на основе одной
и той же материнской платы можно получить
множество систем с существенно различающимися характеристиками. Столь большая
гибкость востребована в тех случаях, когда необходимо охватить сразу широкий спектр прикладных требований или когда эти требования быстро меняются. Вместе с тем даже самые миниатюрные материнские платы,
каковыми являются MiniITX, заметно превосходят по своим размерам те решения, что мы
отнесли к встраиваемым модулям и малогабаритным встраиваемым платам. Иными словами, физические размеры ограничивают сферу применения MiniITX.

На текущий момент линейка Kontron MiniITX
представлена лишь одним продуктом:
886LCD-M/mITX (рис. 7). 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 CeleronM или Intel Pentium M. Частота системной ши-
ны 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 RS232C, 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
двухмерной 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.

Заключение

Как уже говорилось, в кратком обзоре невозможно охватить все многообразие вычислительных решений, предлагаемых компаниями
Kontron Embedded Modules и Kontron Technology
A/S. Портфель холдинга Kontron содержит массу других интересных изделий, которых здесь
мы коснулись лишь вскользь или же не коснулись вовсе. Для получения более подробных
сведений о рассмотренных в настоящей статье
продуктах, а также о тех решениях Kontron,
Kontron Embedded Modules и Kontron Technology
A/S, которые не нашли в ней отражения, читатель может посетить корпоративный вебпортал www.kontron.com.