Противостояние ARM и x86

По сравнению с ARM-процессорами низкого уровня ARM9 и ARM11, в которых функции, закладываемые производителями модулей, были весьма специфичны и поэтому различны с точки зрения сигналов, ARM-процессоры высокого уровня становятся более похожими на PC-чипы, и различия в подходах производителей значительно нивелированы. Поэтому у пользователей возникает вполне обоснованное желание сравнить предлагаемые им системы и модули. Для начала следует сравнить системы по критериям физического размера, перечню доступных соединительных разъемов и интерфейсов.

Физические размеры модуля QSeven составляют 70×70 мм (4,900 мм²), модуля ULP-COM (Ultra Low-Power Computer-on-Modules) — 82×50 мм (4,100 мм²), в то время как размер модуля TQMa53 (см. рис.1) немецкой фирмы TQ-Group на базе процессора Freescale i.MX537 составляет всего 56×44 мм (2,464 мм²)! Физические размеры несущей платы зависят от количества и типа требуемых разъемов. Например, модули с поддержкой DIMM или MXM требуют дополнительной площади под эти разъемы. Таким образом, площадь модуля QSeven увеличивается до 5,110 мм² (+4%), а модуля ULP-COM-до 4,480 мм² (+9%). Между тем, размер модуля TQMa53 не увеличивается (2,464 мм²)! Компактный размер модуля TQMa53 не может не порадовать конечного пользователя. Во-первых, значительно расширяются  области применения систем  на его основе, а во-вторых, потребители выигрывают с точки зрения экономии затрат, т.к. этот модуль стоит дешевле.

Соединительный разъем модуля зависит от количества необходимых для управления сигналов процессора и области применения модуля. Соединительный разъем QSeven на базе спецификации MXM: 230-контактный с шагом 0,5 мм. ULP-COM использует спецификацию MXM3.0 и 314-контактный разъем с шагом 0,5 мм. Система «Tyco plug», применяемая в модуле TQMa53: 240-контактный разъем с шагом 0,8 мм (см. рис.1) используется уже более 15 лет и доказала свою универсальность во многих областях. Производственные компании в большинстве своем используют именно шаг 0,8 мм.

Рис. 1. Физические размеры модулей QSeven, ULP-COM и TQMa53

Система QSeven стремится к полной совместимости с платформой x86, в том числе и по стандартным PC-интерфейсам. В QSeven из 230 контактов 177 доступны для сигналов, остальные 53 необходимы для электропитания и заземления. В зависимости от используемого процессора функции, определенные в стандарте, реализованы, как правило,  не в полной мере. Максимум доступных функций для QSeven, определенных в стандарте [4], включает 4 слота PCI Express Lanes, один Gigabit Ethernet, 8 портов USB, по одному CAN, I²C, SPI, LPC, 8 бит SDIO, 2xSATAs, 2xExpress Cards, HDA/AC ’97, Dual Channel LVDS 24 бит, Display Port и контакты для управления модулем и питанием. Модуль QSeven с процессором Freescale Cortex-A8 i.MX53 позволяет использовать только 100 сигналов, остальные 170 не доступны. С другой стороны, здесь не используются 4 слота PCI Express Lanes, LPC, Express Card, Display Port и SM Bus, в то время как реализованы только 2 порта USB и один SATA, Fast Ethernet.
Системы на базе ULP-COM пошли другим путем. Они более «заточены» под специфические функции ARM-процессоров и не стремятся к прямой совместимости с соответствующими x86-модулями, такими как COM Express. Поэтому получается заметная дифференциация в применении этих решений в зависимости от задач пользователя.
Модули COM Express демонстрируют высокую эффективность, когда необходимо большое количество интерфейсов USB и серии PCI Express Lanes. Когда необходимо большое количество последовательных интерфейсов, выходов на мониторы и интерфейсов камер, то более предпочтительны решения на базе ARM.
В ULP-COM из 314 контактов 257 являются сигнальными и 57 предназначены для электропитания. Максимум доступных функций для ULP-COM, определенных в стандарте, включает 3 слота PCI Express Lanes, один Gigabit Ethernet, 3 USB, 4 последовательных порта, 2xCAN и SPI, 5xI²C, по одному SATA, 4 бит SDIO, 8 бит EMMC, I²S/HDA, Single Channel LVDS 18/24 бит, 24 бит Parallel LCD, HDMI, SPDIF, GPIO, 2 интерфейса для камеры, контакты для управления модулем и питанием.
Не все функции поддерживаются модулями. Доступными оказываются около 170 сигналов из 270 контактов разъема ULP-COM. Не поддерживаются 3xPCI Express Lanes, HDMI, 2 из 3 USB, 3 из 4 последовательных интерфейсов и 3 из 5 интерфейсов I²C.
Модуль TQMa53 на базе процессора Freescale i.MX537 демонстрирует лучшие возможности процессора (см. рис. 2). Модуль имеет компактные размеры и обеспечивает вывод на соединительный разъем всех сигналов процессора. Причем модуль не имеет контактов, которые не используются процессором. Модуль TQMa53 оптимизирован с точки зрения затрат и поэтому допускает компромиссы в доступных сигналах. Системный разъем с 240 контактами обеспечивает около 180 сигналов из теоретически возможных для процессора 270 сигналов. При этом пришлось отказаться от внутреннего интерфейса eMMC, второго LCD и некоторых GPIO. Тем не менее из всех представленных на рынке модулей с i.MX53 модуль TQMa53 обеспечивает доступ к наибольшему числу контактов на разъеме. При реализации всех предусмотренных в стандарте интерфейсов и сигналов модуля для Freescale Cortex-A8 потребуется около 320 контактов и увеличение физических размеров платы до 56×50 мм.

Рис. 2. Блок-схема модуля TQMa53

Мини-модуль TQMa53 на базе процессора i.MX537 сочетает возможность промышленного применения с качественным мультимедиа. Интегрированный графический контроллер поддерживает дисплеи с разрешением вплоть до UXGA. Таким образом, модуль лучше всего подходит для построения человеко-машинного интерфейса HMI и разработки приложений для сенсорных экранов. Тактовая частота (до 1,2 ГГц) процессора на базе ядра ARM Cortex™ A8 модуля TQMa53 обеспечивает сбалансированное соотношение между производительностью и энергопотреблением.
Компания TQ предлагает стартовые комплекты Starter kit для каждого своего мини-модуля (STKa53 для TQMa53) [3]. Компоненты, содержащиеся в Starter kit, составляют модульную систему, позволяющую разработать собственный проект. Все модули TQ Group имеют сертификаты DIN EN ISO 9001 (Quality Management), DIN EN ISO 14001 (Environmental management), EN 9100 (Civil aviation) DIN EN ISO 1348 (Medical technology), ISO/TS 16949 (Automotive) [2]. Компания TQ Group обязуется производить и поддерживать модули не менее 15 лет.
Вопрос выбора оптимальной системы каждый пользователь решает по своему. Если ключевую роль играют размер и функциональность процессора, то преимущество коммерческих решений типа TQMa53 несомненно. Если критичными являются ударостойкость и виброзащита, то очень важна используемая система соединения. Если ранее уже использовались модули QSeven или COM Express, а в новой системе важна энергоэффективность, то разумным выбором будут модули QSeven и ULP-COM.
В любом случае пользователь должен четко понимать, что невозможно напрямую перейти с платформы x86 на ARM без соответствующих корректировок и настроек. Разнообразие интерфейсов и широкий выбор операционных систем означают, что ARM-процессоры могут быть использованы для любых целей. Встроенные модули часто выбирают из соображений существенного сокращения времени и затрат, а также принимая во внимание поддержку поставщика модулей, что делает разработку программ быстрой, безопасной и более эффективной.