Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 15 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Новые возможности COM Express

За пять лет успешного существования спецификации COM Express™ технология х86 значительно обновилась: появились миниатюрные процессоры с улучшенными параметрами энергопотребления и более производительной обработкой графической информации. Рынку потребовались более компактные системы с улучшенными графическими возможностями, и появилась вторая версия спецификации COM Express — COM.0 Rev.2.0. Технология COM Express обогатилась новыми функциями и стала масштабируемой, что, в свою очередь, расширило возможности ускоренного построения специализированных систем с меньшей стоимостью владения (TCO — Total Cost Ownership).

DSP с интерфейсом PCI Express обеспечивают больше возможностей

В статье рассматриваются преимущества DSP с интерфейсом PCIe, а также те возможности, которые позволяют разработчикам максимально увеличить производительность DSP-систем и их энергоэффективность.

x86-процессор + FPGA: перспективы нового подхода

В статье обсуждается новый подход к проектированию встраиваемых компьютеров на базе x86-совместимого процессора и FPGA, который позволяет увеличить гибкость и универсальность системы, сократить затраты на проектирование и модернизацию, а также уменьшить ее общую стоимость. Статья представляет собой перевод [1].

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

19 сентября

Критерии выбора платы стандарта СОМ

Самый распространенный форм-фактор среди плат SFF — это компьютер на модуле, но и в этой группе есть несколько конфигураций. В статье рассмотрены основные критерии выбора.



М

алый форм-фактор (SFF — small form-factor) — это не новое изобретение, а необходимость, продиктованная стремлением уменьшить размер, вес и потребление устройства. Формат SFF постоянно развивается. Так, двадцать лет назад утверждение стандарта РС/104 произвело революцию в модульных промышленных компьютерах, которые стали помещаться на платах размером 3,4×3,6 дюймов. С тех пор появилось множество конфигураций, причем некоторые из них лишь носят название SFF, а на самом деле не отвечают критериям этого стандарта.
Платы SFF можно разделить на три большие группы:
– одноплатные компьютеры (SBC), в которых весь функционал расположен на одной плате без возможности дальнейшего расширения;
– составные компьютерные модули (SCM), отличающиеся от одноплатных возможностью расширения с помощью стандартных модулей. Данная группа представлена семейством РС/104;
– компьютеры на кристалле (СОМ), в которых основные вычислительные функции выполняются на стандартизованном модуле, установленном поверх стандартной или заказной объединительной платы.

Основные форматы SFF

Одноплатные компьютеры отличаются самой высокой степенью вертикальной интеграции и самыми низкими производственными издержками, особенно при больших тиражах. Если не удается подобрать готовую объединительную плату, то ее изготавливают на заказ. В этом случае будут реализованы все необходимые в данном проекте функции, однако учитывая уровень сложности современных устройств, потребуется группа квалифицированных специалистов и много времени. Достаточно сказать, что в современных быстродействующих ИС шаг выводов составляет всего 0,6 — 0,4 мм.
Достоинством составных вычислительных модулей, представленных главным образом семейством РС/104, является то, что практически любой элемент и модуль можно купить в готовом виде. Это значительно упрощает и ускоряет разработку, которая сводится к планированию, закупке элементов и сборке. Устройства РС/104 идеально подходят для специальных применений, в которых важны надежность и простота, а требования к мощности вычислений, графическим характеристикам и производительности системы охлаждения не слишком высоки. Недостатком составных вычислительных модулей являются сравнительно высокие издержки. К тому же, большая часть доступной экосистемы по-прежнему основана на шине ISA.
Постепенно идет отказ от ISA и параллельных шин, поэтому когда-то единый стандарт РС/104 распался на множество вариантов: РС/104, РС/104-Plus, РСI/104, РСI/104-Express, РСIe/104 и SUMIT-ISM. Соответственно, часто возникает проблема совместимости внутри экосистемы. Многие классические модули и элементы закончили свой жизненный цикл, их сложно заменить.
Еще одна проблема может возникнуть с отводом тепла от процессора. Производительность системы охлаждения (TDP — thermal design power) ограничена. Последнее поколение процессоров Atom и AMD Gseries — это, пожалуй, единственный в настоящее время вариант для устройств среднего класса без вентилятора.
С точки зрения стандартов формат СОМ — самый простой, однако большинство плат только формально относятся нему. Лишь четыре семейства действительно подпадают под требования СОМ: ETX, XTX, COM Express, Qseven. Что касается двух последних, то COM Express является самым распространенным форм-фактором для устройств среднего и высшего класса, а сравнительно недавно появившийся Qseven будет форматом номер один для маломощных, мобильных и суперкомпактных устройств.

Основные достоинства COM

На платах формата SFF выводы имеют очень маленький размер и расположены близко друг к другу. Сигналы очень чувствительны к электромагнитным помехам со стороны других электронных устройств. Большинство компаний не располагает достаточными ресурсами для самостоятельного изготовления таких плат, их делают на заказ.
За счет большого количества предварительно интегрированных опций платы СОМ имеют быстрый цикл разработки. Разделение между основной частью (кристалл) и дополнительной, определяющей приложение (объединительная плата), позволяет легко наращивать и модернизировать систему. Так, для перехода на более новую методику вычислений с меньшим расходом мощности и более высоким быстродействием требуется только замена модуля. Сами по себе платы СОМ недорого стоят, универсальны, хорошего качества и не привязаны к приложению. Все эти преимущества позволяют СОМ идти в ногу с современными технологиями и разрабатывать на их основе все более сложные и миниатюрные, с меньшим весом и потреблением устройства, которые характеризуются низкими издержками при производстве и малым сроком выхода на рынок (см. табл. 1). Эволюция модулей показана на рисунке 1.

 

Таблица 1. Сравнение параметров плат семейства СОМ

Требование

ЕТХ

ХТХ

СОМ Express тип 2

Qseven

Порт ISA

V

 

 

 

Порт ETX

V

V

 

 

Устаревшие интерфейсы

V

V

 

 

PEG для графической карты

 

 

V

 

TDP>40 Вт

V

V

V

 

TDP>12 Вт

V

V

V

 

TDP>5 Вт

V

V

V

V

TDP<5 Вт

 

 

 

V

Напряжение питания, В

5

5

12

5

Портативность

 

 

 

V

Питание от батареи/интернета

 

 

 

V

Х86

V

V

V

V

ARM

 

 

 

V

Высокоскоростные порты ввода-вывода

 

V

V

V

 

 

Рис. 1. Развитие плат СОМ от ЕТХ до Qseven

 

Обзор форматов

Платы ЕТХ появились в 1998 г. и стали первым настоящим стандартом для СОМ. Они поддерживают устаревшие интерфейсы обмена, имеют выход РS/2. Размер платы составляет 94×114 мм.
Стандарт ЕТХ был закреплен официально в 2000 г. Максимально допустимое значение отводимого тепла TDP = 40 Вт, поэтому платы ЕТХ широко используются в системах промышленных вычислений и автоматизации, а также в медицинском, транспортном и игровом оборудовании. Наряду с PC/104 это наиболее важный SFF-стандарт с неограниченной поддержкой ISA.
В настоящее время ЕТХ-модули используются в основном в наследственных проектах, которые должны поддерживать шину ISA. Типичными приложениями, в которых требуется шина ISA, являются автоматизация и управление производственным процессом. Серия процессоров 855 Intel устарела, поэтому на платах ЕТХ СОМ устанавливаются процессоры VIA, Geode или Atom. В некоторых недавно выпущенных платах для улучшения графических характеристик используется процессор AMD Gseries.
Стандарт ХТХ появился в 2005 г. Он полностью совместим с ЕТХ и оснащен 4 входами SATA и 4 линиями PCI Express, заменяющими шину ISA на четвертом разъеме. Такая конфигурация обеспечивает более быстрый обмен с устройствами ввода-вывода. Скорость передачи увеличена с 133 Мб/с до 2,5 Гбит/с по линиям PCI Express, что позволяет использовать современные высокоскоростные интерфейсы на объединительной плате. Форм-фактор ХТХ идеален для приложений, в которых нужна совместимость с ЕТХ, а шина ISA не используется. Это самое экономичное решение при переходе с ЕТХ на современные технологии передачи и процессоры, в т.ч. двуядерные. Платы ХТХ образуют своего рода мостик, соединяющий ISA и PCI с последовательными шинами PCI Express. Они используются там же, где и ЕТХ: промышленные вычислительная техника и автоматизация, медицина, транспорт, игровые приложения.
Стандарт COM Express был принят в 2005 г. Это первая разновидность СОМ, в которой не используются устаревшие интерфейсы. Изначально предусматривалось два варианта размеров: основной 95×125 мм и расширенный — 110×155 мм. Однако производители договорились использовать дополнительный формат, компактный (95×95 мм), который и стал самым распространенным. Он практически совпадает с РС/104 (90×96 мм). Другие важные особенности COM Express:
– 6 линий PCI Express,
– интерфейс PEG, содержащий еще 16 линий PCI Express,
– интерфейс SDVO,
– скорость передачи по сети 1000 Мбит/с,
– напряжение питания не 5, а 12 В.
Требование к максимальному количеству отводимой теплоты выросло с TDP = 40 Вт до 188 Вт, что позволяет использовать самые мощные процессоры и обработчики графики.
Отсутствие старых интерфейсов и активное продвижение со стороны организации PICMG сделали COM Express самым популярным среди COM-стандартов. Платы COM Express универсальны, масштабируемы, имеют богатую экосистему и поддержку поставщиков. Для них подходит большой набор встраиваемых процессоров семейства х86, от маломощного Atom до четырехъядерного i7.
Формат COM Express используется в устройствах среднего и высшего класса в таких областях как медицина, цифровая подпись, промышленные вычисления, автоматизация, передача данных, транспорт, игры, а также современные электронные терминалы оплаты.
Qseven — это самый новый вариант СОМ (см. рис. 2). Он предназначен для поддержки миниатюрных маломощных мобильных и ультрамобильных приложений. Размер платы — 70×70 мм. Вместо дорогого междуплатного разъема используется краевой с 230 выводами. В нем есть слот для видеокарт MXM. Напряжение питания снижено до 5 В, поэтому мобильное устройство может работать от двух литиевых батарей.

 

Рис. 2. Внешний вид платы Qseven


Самый старый стандарт, который поддерживает Qseven — это 32-разрядная PCI и LPC. Имеется 4 линии PCI Express, отсутствует порт PEG. На плате имеется 2 разъема LVDS и SDVO, объединенный с выходом дисплея и HDMI. К новым интерфейсам относятся САN, SPI, SDIO. На платах Qseven может быть установлен процессор не только х86, но и семейства Atom вплоть до последней версии. Очень полезная новая особенность — общий программный API для промышленных приложений, таких как сторожевой таймер, шина I2C, управление яркостью дисплея, хранение данных BIOS, а также считыватели температуры системы. Это позволяет переходить с платы одного производителя на плату другого без изменения ПО.
Основные сегменты рынка для Qseven — это карманные и ультрамобильные устройства, Panel PC. Этот стандарт лежит в основе игровых устройств начального уровня, медицинских систем начального и среднего уровня, базовых устройств цифровой подписи и торговых терминалов и электронных систем, промышленных компьютеров, в т.ч. маломощных, а также применяется в области автоматизации и транспорта. В качестве источника питания может использоваться батарея или беспроводной адаптер PoE на основе процессора х86.

Заключение

Выбрать подходящий форм-фактор SFF несложно. Во-первых, необходимо выделить набор используемых интерфейсов. В случае использования шины ISA подходит плата ЕТХ. Если требуется поддержка ЕТХ и не используется ISA, то следует остановиться на ХТХ. Обзор критериев выбора для основных модулей СОМ приведен в таблице 2.

 

Таблица 2. Критерии выбора СОМ

Требование

ЕТХ

ХТХ

СОМ Express тип 2

Qseven

ISA

Есть

Нет

Нет

Нет

LPC

Нет

Есть

Есть

Есть

PCI

Есть

Есть

Есть

Есть

PCI Express

Нет

4 линии

6 линий + PEG

4 линии

PEG

Нет

нет

Объединен с SDVO

нет

USB 2.0

4

6

8

8

LAN

10/100 Мбит

10/100 Мбит

10/100/1000 Мбит

10/100/1000 Мбит

PATA

2 канала

2 канала

1 канал

Нет

SATA

2 разъема для проводного соединения (только ETX 3.0)

4

4

2

SDVO

Нет

Опционально

Объединен с PEG

Объединен с HDMI и портом дисплея

LVDS

1×24

1×24

2×24

2×24

Устаревшие интерфейсы

Есть

Есть

Нет

Нет

PS/2

Есть

Есть

Нет

Нет

SMBus/I2C

Есть

Есть

Есть

Есть

CAN/SPI

Нет

Нет

Нет

Есть

Express card/SDIO

Нет/нет

Нет/нет

Есть/нет

Есть/есть

HAD

Только аналоговый

Есть

Есть

Есть

Разъем

4 100-выводных плата-плата

4 100-выводных плата-плата

1 или 2 220-выводных плата-плата

230-выводной краевой разъем MXM2 SMT

Размер, мм × мм

95×114

9×114

95×95 (компактный)

95×125 (основной)

110×155 (расширенный)

70×70

Архитектура

Только х86

Только х86

Только х86

Х86/ARM

Макс. TDP, Вт

40

40

188

12

Напряжение питания, В

5

5

12

5


Если обратная совместимость с устаревшими устройствами не понадобится, то лучше всего выбрать СOM Express или Qseven, они самые современные и перспективные. Если TDP превышает 12 Вт, то подойдет плата COM Express. При использовании внешней графической карты с разъемом PEG следует остановиться на COM Express. Для мобильных и сверхкомпактных устройств больше всего подходит Qseven, особенно в случае использования другой платформы, не х86. Этот же формат предпочтителен для систем с питанием от батареи или по сети (PоE), а также для малогабаритных устройств.
Какой бы вариант ни был выбран, следует помнить, что для любого из них нужна объединительная плата. Самый лучший модуль СОМ ничего не стоит, если нет поддержки со стороны производителя или дистрибьютора.

 Литература

1. Fischer F. The right COM for the right app: sorting out small form factors//RTC magazine, июль 2011.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Франц Фишер (Franz Fischer), инженер, Сongatec AG



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты