Компьютер eBox-3300 — бюджетное решение для встраиваемых систем

Требования к встраиваемому компьютеру

Одной из основных характеристик любой вычислительной системы является ее быстродействие. Быстродействие определяется как число операций, выполняемых вычислитель-ной системой в единицу времени. В случае же встраиваемой системы реального времени добавляется такая характеристика, как время реакции системы на внешнее событие. В любом случае быстродействия встраиваемого компьютера должно быть достаточно для выполнения приложения в течение определенного времени. Каково бы ни было быстродействие компьютера, он должен оставаться работоспособным в течение всего срока эксплуатации. Поэтому требования надежности важно ставить наряду с требованиями производительности.

Другой не менее важной характеристикой является объем запоминающих устройств. Требования к объему запоминающих устройств будут определяться как требованиями самой задачи (то есть приложения), так и требованиями среды, где эта задача будет выполняться (то есть требованиями операционной системы). Встраиваемая система состоит из непосредственно компьютера и периферии, будь то устройства ввода, отображения информации или исполнительные устройства.

Компьютер должен иметь возможность подключения всей необходимой периферии, кроме того, при отладке приложения часто возникает необходимость в дополнительных портах для подключения к рабочей станции. Зачастую встраиваемая система устанавливается в местах, где нет доступа к сети 220 В, например на борту автомобиля. Поэтому важно выбрать компьютер с подходящим питающим напряжением. Потребляемая мощность порой является решающим фактором, например, при работе компьютера на объекте с автономным питанием. Часто встраиваемые компьютеры устанавливаются в местах с жесткими климатическими условиями, поэтому важны такие параметры, как степень защиты оболочки (IP) и рабочий температурный диапазон.

Особое внимание следует уделить поддержке со стороны производителя. Сюда входит совместимость с современными операционными системами и наличие в свободном доступе необходимых драйверов, руководств, документации и средств аппаратной поддержки, а также жизненный цикл изделия, то есть период времени, в течение которого данное изделие будет выпускаться.

Описание и характеристики встраиваемого компьютера eBox-3300

В ноябре 2008 года тайваньская компания DMP Electronics Inc. запустила в продажу встраиваемый компьютер с ультранизким потреблением — eBox-3300 [1, 2], который представляет собой x86-совместимый компьютер с безвентиляторным охлаждением. Внешний вид eBox-3300 показан на рис. 1

Рис. 1. Внешний вид встраиваемого компьютера eBox-3300.

Основные технические характеристики базовой модификации eBox-3300 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики eBox-3300

Корпус компьютера предназначен для крепления на заднюю панель монитора по стандарту VESA FDMI 100, однако эта особенность не ограничивает его применение. Размеры корпуса составляют всего 115·115·35 мм при весе 505 г, что составляет лишь 1/30 объема, занимаемого настольным компьютером, и 1/8 объема, занимаемого ноутбуком.

Помимо базовой модели, доступны модификации, включающие дополнительные опции. Список моделей и соответствующих им опций приведен в таблице 2.

Таблица 2. Модификации eBox-3300

Процессор Vortex86DX [3, 4] (рис. 2) заслуживает отдельного внимания. Он представляет собой систему на кристалле (System on Chip, SoC) с х86-архитектурой, изготовлен по 90-нм технологии и обеспечивает очень низкое потребление энергии (менее 1 Вт).

Рис. 2. Процессор Vortex86DX

Vortex86DX объединяет в своем составе множество компонентов, обычно реализуемых в виде отдельных микросхем (рис. 3).

Рис. 3. Структура Vortex86DX

Ядро Vortex86DX — это высокопроизводительный, полностью статический 32-битный процессор с х86-архитектурой, совместимый с операционными системами семейства Windows, Linux и популярными 32-битными операционными системами реального времени. С точки зрения программиста Vortex86DX представляет собой процессор Intel 80486, работающий на тактовой частоте 1000 МГц. Этой производительности достаточно для выполнения популярной операционной системы Windows XP. Подробное руководство по установке Windows XP на eBox-3300 можно найти в [5].

Известные синтетические тесты Dhrystone и Linpack позволяют более объективно оценить быстродействие процессора Vortex86DX [6]. Замеры быстродействия проводились под оценочной версией Windows Embedded Standard 2009 Service Pack 3 [7] с использованием тестов, взятых из [8]. Результаты тестирования в сравнении с другими х86-процессорами показаны на рис. 4 и 5.

Рис. 4. Производительность Vortex86DX в тесте Dhrystone (целочисленные вычисления)

Рис. 5. Производительность Vortex86DX в тесте Linpack (вычисления с плавающей точкой)

Быстродействие Vortex86DX при целочисленных вычислениях сопоставимо с быстродействием процессоров класса Celeron A, работающих на тактовой частоте 300 МГц. В случае же вычислений с плавающей точкой быстродействие ниже и сопоставимо с процессором Pentium 166 МГц.

Оперативная память eBox-3300 имеет тип DDR2 SDRAM, ее объем составляет 256 Мбайт. Такого объема вполне достаточно для работы большинства современных опе-рационных систем и приложений. Например, встраиваемой операционной системе реального времени Windows CE с графическим интерфейсом требуется всего 5 Мбайт памяти, а операционной системе Windows XP Embedded — 128 Мбайт. Для работы библиотеки Qt под управлением Embedded Linux потребуется не более 17 Мбайт. Возможность увеличения объема памяти в eBox-3300 не предусмотрена, однако компания DMP Electronics Inc. предлагает встраиваемый компьютер eBox-3310, в котором объем памяти увеличен до 512 Мбайт. eBox-3310 выпускается в тех же модификациях, что и eBox-3300.

eBox-3300 поставляется без встроенного накопителя данных, но покупатель может подключить внешний или установить внутренний накопитель. Внутри корпуса eBox-3300 имеется 44-контактный разъем IDE (рис. 6), что позволяет подключить либо 2,5-дюймовый жесткий диск (модификация H), либо твердотельный диск (Disk on Module, DOM) — для всех остальных модификаций.

Рис. 6. Разъёмы внутри корпуса eBox-3300-JSK

Что касается подключения внешних накопителей, то на передней панели имеется гнездо для карты памяти стандарта CompactFlash (совместимо с типоразмером Type I и Type II). Под ним расположено гнездо для карты памяти microSD, с которой также возможна загрузка операционной системы.

eBox-3300 обеспечивает богатые возможности для подключения внешней периферии. Стоит отметить наличие трех разъемов USB 2.0, одного или двух Ethernet 10/100 Мбит портов и до двух COM-портов. Этого набора достаточно для большинства задач, тем не менее, благодаря наличию разъема Mini PCI в модификациях M и JSK (рис. 6) имеется возможность расширения конфигурации, например, добавление порта FireWire, как это показано в [9], или включение в конфигурацию беспроводного WiFi-контроллера.

eBox-3300 питается напряжением 5 В, потребляя при этом мощность не более 10 Вт. Это позволяет питать eBox-3300 как от сети переменного тока 220 В (через блок питания, входящий в комплект поставки), так и от бортовых сетей транспортных средств. Понизить бортовое напряжение (12 или 24 В) до 5 В гораздо проще, дешевле и безопаснее, чем устанавливать DC/AC-преобразователи с 12 на 220 В. Рекордно низкое потребление энергии позволяет применять eBox-3300 в проектах, где требуется высокая экономичность и автономность.

Корпус eBox-3300 выполнен из алюминия без применения охлаждающих вентиляторов. Отсутствие вентиляторов уменьшает попадание пыли внутрь корпуса eBox-3300, что увеличивает надежность компьютера и срок его службы. Производитель не указывает степень защиты оболочки IP, но очевидно, что корпус не обеспечивает полной защиты от пыли и влаги. Как показал опыт применения данного компьютера (автор работал с модификацией eBox-3300-lSK), диапазон рабочих температур +5^ 50 °C следует строго соблюдать. При эксплуатации компьютера при температуре воздуха около 0 °C наблюдались периодические отказы: компьютер не загружался (операционная система — Windows Embedded CE 6.0). Кроме этого, следует обратить внимание на тот факт, что порты USB не имеют автоматической защиты по току нагрузки. Комплект поставки eBox-3300 минимален и включает непосредственно сам компьютер и сетевой блок питания к нему (рис. 7).

Рис. 7. Комплект поставки eBox-3300

Компания DMP Electronics Inc. обеспечивает поддержку своего продукта. На сайте компании, посвященном процессору Vortex86DX [3], можно найти последние драйверы, пакеты аппаратной поддержки (Board Support Package, BSP), руководства по установке таких операционных систем, как DOS, Linux, Windows 98/2000, Windows XP Embedded/Windows Embedded Standard 2009 и Windows CE. Есть возможность миновать долгий путь создания образа операционной системы и загрузить готовый оценочный образ Windows CE и Windows XP Embedded [3].

Чтобы до конца оценить привлекательность eBox-3300, необходимо сравнить его с ближайшими конкурентами. В качестве конкурентов eBOX-3300 можно назвать компьютеры Fit-PC компании CompuLab [10] и вычислители NetCore российской компании ООО «СМП» [11]. Сравнение по техническим характеристикам выходит за рамки этой статьи, достаточно упомянуть, что эти компьютеры обеспечивают близкие к eBox-3300 показатели по быстродействию и надежности. Немаловажный фактор при выборе встраиваемого компьютера — это его цена. На момент написания статьи цена в России на Fit-PC начинается с $470 [12], а на NetCore — с $370 за 1 штуку [11], а цена базовой модели eBox-3300 составляет всего $190 без НДС [13].

Выводы

Компьютер eBox-3300 представляет собой основу для недорогой встраиваемой системы. К его достоинствам можно отнести:

• низкую цену;
• богатый набор интерфейсов;
• достойный уровень быстродействия при целочисленных вычислениях;
• низкое потребление энергии;
• безвентиляторное охлаждение;
• хорошую поддержку со стороны производителя.

Недостатки:

• посредственное быстродействие при вычислениях с плавающей точкой;
• отсутствие защиты корпуса от влаги и пыли;
• узкий диапазон рабочих температур.

В следующей статье мы рассмотрим операционную систему реального времени Windows Embedded CE 6.0. Будет показано, как собрать образ операционной системы, используя среду разработки Visual Studio 2005 и Platform Builder, и загрузить полученный образ в eBox-3300. А далее — как создать сетевое многопоточное приложение под Windows CE 6.0. Приложение будет загружаться сразу после загрузки операционной системы, будет использовать протокол TCP/IP по Ethernet и работать с COM-портами. Кроме того, будут приведены отличия в программировании для Windows CE от программирования для на-стольных версий Windows.

Окончание следует

Литература

1. http://www.compactpc.com.tw/ebox-3300.htm
2. http://www.compactpc.com.tw/files/eBox-3300_Press_ENG_V1.pdf
3. http://www.dmp.com.tw/tech/vortex86dx/
4. www.vortex86dx.com
5. http://www.compactpc.com.tw/drivers/eBox-3300/eBox-3300_XP_Installation.pdf
6. http://www.roylongbottom.org.uk/index.htm
7. ftp://download@ftp.dmp.com.tw/vortex86dx/xpe/VDX_XPe_373MB.zip
8. http://www.roylongbottom.org.uk/benchnt.zip
9. http://www.g35-club.ru/linux/eBox-3300
10. Дроздов С., Золотарев С. Fit-PC от компании CompuLab — «нано» персональные компьютеры с большими возможностями // Компоненты и технологии. 2008. № 11.
11. http://www.netcore.ru/card/
12. http://www.fiord.com/compulab/usloviya-oplati-i-dostavki-fit-pc2
13. http://ipc2u.ru/catalog/E/EE/54253.html