Несмотря на непростые экономические условия, рост рынка встраиваемых компьютерных технологий (ВКТ) продолжается, чему во многом способствуют такие инновационные разработки, как процессоры Intel Atom. Стандартизованные платы и модули с процессорами позволяют экономить буквально на всем, от электроэнергии до написания ПО (естественно, лишь тогда, когда процессоры Atom в принципе позволяют решить конкретную пользовательскую задачу).

Энергопотребление и графика

В продуктах Kontron на базе микроархитектуры Intel Atom используются три модели процессоров: Atom Z510, Atom Z530 и Atom N270. Компания Intel предлагает технологию Atom в виде комбинаций «процессор + чипсет», которые и определяют функциональность конечных изделий. В таблице приведены основные характеристики двух таких комбинаций.

Набор из процессора Atom Z530 и одночипового чипсета Intel SCH US15W хорошо подходит для использования в сверхмалогабаритных продуктах с низким энергопотреблением – сегодня среди решений на базе архитектуры x86 данная комбинация является лидером по экономии площади печатной платы и по экономии электроэнергии. Целевые рынки первого набора – это мобильные устройства и автономные системы (например, беспилотные летательные аппараты).

Смысловым центром второй комбинации является высокопроизводительное графическое ядро, входящее в состав чипсета Intel 945GSE. Энергопотребление второго набора выше, чем первого, но все равно меньше, чем у большинства существующих x86-решений, при этом второй набор позволяет работать с качественной графикой и обеспечивает полноценную поддержку больших дисплеев. Область применения набора Intel Atom N270 + Intel 945GSE + Intel ICH7M – мобильные и встраиваемые решения, для которых важна качественная визуализация при низком энергопотреблении: малогабаритные ноутбуки и нетбуки, мобильные компьютеры, компьютеры и приборные панели в кабинах пилотов и другие устройства, которым может пригодиться богатая коммуникационная функциональность второго набора, включающая поддержку шины PCI и локальной сети.

Главной общей чертой обоих рассмотренных наборов является их совместимость с программным обеспечением для микроархитектуры x86, что является важнейшим козырем в конкурентной борьбе с аналогичными устройствами архитектуры ARM и другими RISC-процессорами, имеющими близкие характеристики энергопотребления.

«Атомные» продукты от Kontron

Спецификация nanoETXexpress, которой удовлетворяет продукт Kontron nanoETXexpress-SP, является совместимым подмножеством стандарта COM Express консорциума PICMG и определяет требования к миниатюрным COM-модулям габаритами 55 x 84 мм. Своим появлением изделие nanoETXexpress-SP создало важный прецедент – x86-совместимый процессор такого уровня впервые был установлен на плату размерами с визитку.

Тактовая частота процессора Intel Atom Z5xx, которым оснащается модуль nanoETXexpress-SP, варьируется в пределах от 1,1 до 1,6 ГГц, объем системной памяти типа DDR2 400/533 может достигать 1 Гбайт, при этом энергопотребление центрального процессора и чипсета не превышает 5 Вт. Стандартная комплектация включает загрузочный флэш-диск объемом 2 Гбайт. В разъем COM Express Type 1 выведены порт Gigabit Ethernet, канал Serial ATA, восемь портов USB 2.0 и шина PCI Express x1. Возможна организация дополнительных линий PCI Express, а также подключение внешнего моста, сопрягающего шины PCI Express и PCI. На базе контактов разъема COM Express для линий GPIO реализована поддержка различных интерфейсных технологий серии SD/SDIO (SD, miniSD, MMC и DE-ATA). Видеоподсистема включает в себя 18/24-разрядный канал LVDS и графическую память объемом 256 Мбайт.

Благодаря малым габаритам, малому энергопотреблению, совместимости с ПО для микроархитектуры x86 и доступности как популярных операционных систем общего назначения, так и классических операционных систем реального времени, модуль Kontron nanoETXexpress-SP может рассматриваться как универсальное решение для создания встраиваемой и ультрамобильной техники следующего поколения. К ней можно отнести различные носимые приборы медицинского назначения, портативные мультимедийные устройства, компактные системы для работы с данными и множество других устройств и систем, которые ранее не могли появиться на рынке из-за ограничений, связанных с энергопотреблением и размерами комплектующих.

Как и nanoETXexpress, формфактор microETXexpress является расширением стандарта COM Express, но совместим со спецификацией COM Express по разъему COM Express Type 2, в то время как nanoETXexpress – по разъему COM Express Type 1. Модули microETXexpress несколько больше – 95 x 95 мм и построены на системном контроллере-концентраторе Intel SCH US15W.

«Компьютер-на-модуле» Kontron microETXexpress-PC полностью удовлетворяет спецификации COM Express по физическому расположению и назначению контактов разъема COM Express Type 2, куда выведены интерфейсы Gigabit Ethernet, два порта Serial ATA, LVDS и восемь разъемов USB 2.0. На базе microETXexpress-SP можно создавать небольшие мультимедийные устройства с длительными сроками работы от батарей, а также мобильную контрольно-измерительную технику.

Материнская плата Kontron KTUS15/mITX реализована в конструктиве Mini-ITX на базе интегрированного чипсета Intel SCH US15W и рассчитана на процессоры Intel Atom Z5xx с тактовыми частотами до 1,6 ГГц.

Будучи ATX-совместимым решением, плата Kontron KTUS15/mITX имеет размеры 170 x 170 мм и высоту двух портов USB (20 мм), при этом на ней остается достаточно места для размещения накопителя CompactFlash объемом до 32 Гбайт. Плата Kontron KTUS15/mITX характеризуется повышенной механической надежностью, имеет защитный модуль Trusted Platform Module 1.2, поддерживает напряжения питания в диапазоне 5–25 В и хорошо сопрягается с другим оборудованием. Разъемы SDIO позволяют подсоединять к плате такие устройства, как лазерные и RFID-сканеры, картридеры, различные клавиатуры, мышь, принтеры, модули беспроводных локальных и сотовых сетей. Прочую прикладную функциональность можно реализовывать на базе слотов PCI Express x1 и PCI. Для подключения дисплеев доступны выход VGA и двухканальный интерфейс LVDS, а также опциональные порты DVI и HDMI; взаимодействие с дисковыми накопителями обеспечивается двумя каналами Serial ATA 150/300 и одним каналом ATA 100. Интерфейсная подсистема платы Kontron KTUS15/mITX включает также восемь портов USB 2.0, до четырех портов RS232, двунаправленный интерфейс LPT, разъем PS/2, порт Gigabit Ethernet и многоканальный звук AC97.

Поскольку суммарный тепловой пакет системного контроллера-концентратора Intel SCH US15W и процессора Atom Z5xx не превышает 5 Вт, материнскую плату Kontron KTUS15/mITX можно рекомендовать разработчикам решений самых разнообразных встраиваемых систем с питанием от аккумуляторных или солнечных батарей, начиная с информационных терминалов и киосков и заканчивая медицинской диагностической аппаратурой (ультразвуковые сканеры и др.), мультимедийной техникой, высоконадежными мобильными компьютерами и средствами промышленной автоматизации. Отдельные версии платы Kontron KTUS15/mITX доступны для заказов в течение семи лет.

Процессоры Intel Atom нашли применение в том числе и на классических полноразмерных COM-модулях от Kontron. Первым подобным продуктом стал Kontron ETX-DC, выполненный по стандарту ETX 3.0 (95 x 114 мм). Данный модуль демонстрирует самую высокую производительность на ватт среди всех изделий формата ETX: максимальное энергопотребление всей платы не превышает 12–15 Вт. Кроме того, Kontron ETX-DC является ETX-модулем с наилучшим соотношением «цена – производительность». Еще одним преимуществом данного продукта является наличие интерфейсов Serial ATA и USB 2.0 (спецификация ETX 3.0). Данное обстоятельство вкупе с семилетним сроком доступности обусловливает ориентацию модуля Kontron ETX-DC на долгосрочные проекты. Объем бортовой оперативной памяти типа DDR2 SO-DIMM может достигать 2 Гбайт. Наряду с физическими портами USB 2.0 и Serial ATA II (спецификация Advanced Host Controller Interface, AHCI) у модуля есть шины PCI, ISA, LPC и все прочие интерфейсы, определенные в стандарте ETX 3.0. Шины ISA и LPC ориентированы соответственно на унаследованные и на новые приложения, где достаточно внутрисистемной пропускной способности уровня ISA. Интегрированный графический контроллер поддерживает интерфейс SDVO и независимую двухдисплейную визуализацию. В наличии звуковой контроллер HAD и защитный чип TPM 1.2. Продукт Kontron ETX-DC адресован разработчикам торговых терминалов, киосков, систем типа Digital Signage, информационно-развлекательного и игрового оборудования.

Очередным представителем линейки 3,5-дюймовых (102 x 147 мм) встраиваемых одноплатных компьютеров Kontron JRexplus стал продукт Kontron JRexplus-DC, построенный на базе процессора Intel Atom N270 и поддерживающий модули расширения PCI-104. Другим важным достоинством продукта Kontron JRexplus-DC является наличие интерфейса PCI-104, который позволяет «затачивать» конечную систему под конкретные задачи. Изделия, образующие семейство Kontron JRexplus-DC, нацелены на те же рынки, что и обычные процессорные модули PCI-104. Одноплатный компьютер Kontron JRexplus-DC потребляет всего 10 Вт и имеет очень низкий профиль.

Свое первое изделие с увеличенным жизненным циклом, реализованное в новом формфакторе Pico-ITX, в Kontron назвали pITX-SP. Спецификацию Pico-ITX, определяющую материнские платы размерами 10 x 7,2 см, развивает созданный в 2008 году независимый консорциум Small Form Factor Special Interest Group (www.sff-sig.org). Плата Kontron pITX-SP построена на системном контроллере-концентраторе Intel US15W, предназначена для процессоров серии Intel Atom Z5xx с тактовой частотой до 1,6 ГГц и может иметь до 1 Гбайт памяти DDR2. Интерфейсная подсистема включает один порт Gigabit Ethernet, четыре порта USB 2.0, два канала Serial ATA, канал Parallel ATA, разъем для установки накопителей microSD, выход DVI-D и LVDS-интерфейс JILI30. Объем поддерживаемой видеопамяти составляет 256 Мбайт, имеется интегрированный аудиоконтроллер HDA, опционально доступен защитный чип TPM 1.2. Пользовательские функции могут быть реализованы на базе интерфейса SDIO и линий цифрового ввода/вывода (4 бит). Совокупность характеристик Kontron pITX-SP позволяет рекомендовать ее к применению в таких сегментах, как игровые автоматы, информационные терминалы и кассовые аппараты, а также в других секторах рынка встраиваемых приложений, где нужны комплектующие как можно меньших размеров.

Критерии выбора

«Атомное» предложение Kontron охватывает три разные архитектурные группы.

«Компьютер-на-модуле» (Computer-On-Module, COM) – это готовая плата, на которой есть процессор, чипсет и память, но нет физических интерфейсов. Физические интерфейсы и дополнительные функции реализуются на пользовательской плате-носителе (базовой плате), к которой COM подключается через специальные разъемы. Концепция COM предоставляет разработчикам свободу действий по части адаптации конечных решений под конкретные прикладные требования.

По сравнению с изделиями типа COM одноплатные компьютеры более самодостаточны, но менее гибки, что с лихвой компенсируется богатством уже имеющихся возможностей, а в случае с JRexplus-DC еще и поддержкой стандартных модулей расширения. При этом в рамках одних и тех же продуктовых линеек разные модели COM и одноплатных компьютеров взаимозаменяемы и потому конечные системы на их основе легко масштабируются.

Что касается встраиваемых материнских плат, их основные преимущества хорошо известны: это возможность расширения базовой функциональности с использованием стандартных модулей, а также гибкость и простота модернизации.

Еще одним, а, возможно, и более важным критерием классификации перечисленных изделий может служить комбинация «процессор + чипсет». По этому признаку продукты можно разбить на две группы:

  • nanoETXexpress-SP, microETXexpress-SP, pITX-SP и Kontron KTUS15/mITX;
  • ETX-DC и Jrexplus-DC.

Представители первой группы строятся на базе конфигураций типа «процессор Intel Atom Z5xx + системный контроллер-концентратор Intel SCH US15W», второй группы – на базе набора «процессор Intel Atom N270 + графический контроллер-концентратор Intel 945GSE Express + контроллер ввода/вывода графической памяти Intel ICH7M». А потому изделиям из первой группы свойственно исключительно низкое энергопотребление (на уровне архитектуры ARM), в то время как изделия из второй группы обладают мощной графической функциональностью и приближаются по этому параметру к настольным компьютерам.

При выборе конкретных изделий разработчикам необходимо исходить из прикладных требований в отношении габаритов, формфакторов, энергопотребления, графики, коммуникационных возможностей и расширяемости. Следует учитывать также сроки доступности конкретного процессора и чипсета, установленных на конкретной встраиваемой платформе: для оборонных, медицинских, промышленных, аэрокосмических и некоторых других задач этот фактор может иметь решающее значение.

Изделия для новой экономики

Аналитики VDC оценивают долгосрочные темпы роста мирового рынка ВКТ на уровне 10% в год, допуская сокращения объемов продаж ВКТ-продуктов в 2009–2010 годах, однако доля аутсорсинговых продуктов на основе открытых стандартов и технологий увеличится, а по ряду направлений будет наблюдаться небывалый рост. Одним из таких направлений являются «компьютеры-на-модуле», совместимые с открытым стандартом COM Express по разъему COM Express Type 1. По мнению аналитиков VDC, в 2010 году спрос на встраиваемые продукты с разъемом COM Express Type 1 вырастет на 70%.

Дополнительной мощной экономической защитой для игроков и клиентов рынка ВКТ стали процессоры Intel Atom, которые как будто бы специально задумывались как антикризисные: малое энергопотребление, достойная производительность, современная функциональность и полная x86-совместимость в одной упаковке могут сильно помочь разработчикам, стесненным
в средствах. Стандартизованные изделия уровня плат с высокой степенью интеграции, поддержкой модулей расширения популярных типов, полной программной совместимостью с архитектурой x86, возможностью двухдисплейной визуализации и малым энергопотреблением позволяют быстрее выходить на рынок и экономить не только в процессе разработки, но и на этапе обслуживания и сопровождения изделий. Последнее сегодня едва ли не самое важное – стоимость обслуживания эксплуатирующихся систем может значительно превышать расходы на их разработку
и производство.

Дмитрий Афонин (pr@rtsoft.ru), Леонид Акиншин – сотрудники ЗАО «РТСофт» (Москва).

Таблица. Основные характеристики двух комбинаций «процессор + чипсет» из семейства Intel Atom

Технология мгновенной загрузки QNX Fastboot

Функция QNX Fastboot, реализованная в операционной системе реального времени QNX Neutrino, позволяет создавать системы с минимальным временем загрузки. На x86-совместимых платформах данная технология устраняет необходимость в традиционной BIOS, заменяя ее специализированной процедурой ранней инициализации периферийных устройств, что дает выигрыш в производительности, удешевляет конечные решения. Минимизация времени загрузки является весьма актуальной задачей для разработчиков различных промышленных, медицинских, оборонных
и потребительских приложений.

Используя серийный модуль nanoETXexpress-SP и технологию QNX Fastboot, специалисты российских компаний SWD Software и РТСофт создали аппаратно-программную платформу, работающую под управлением QNX Neutrino. Сочетание высокой надежности и быстрого старта востребовано в автомобилестроении (мультимедиа и навигация), медицине (оперативная диагностика, реанимация), оборонной отрасли (связь и навигация на поле боя) и других прикладных областях.