ПРЕСС-ЦЕНТР

Первый модуль серии Kontron nanoETXexpress: мал да удал

Копомненты и технологии, 1/2008

Леонид Акиншин

В пятом номере МКА за 2007 год мы уже рассказывали о новом конструктиве nanoETXexpress, который позволит разработчикам использовать шину PCI Express в условиях острой нехватки свободного пространства на стандартизованной основе (статья «Системный интерфейс PCI Express во встраиваемых приложениях: новейшая спецификация nanoETXexpress и другие стандарты»). На момент написания вышеназванной статьи реальные технические параметры реальных изделий nanoETXexpress еще не были известны. Сегодня мы поговорим об изделии Kontron nanoETXexpress-VX8 (Рис.1), которому предстоит дать начало продуктовой линейке Kontron nanoETXexpress и открыть новую главу в истории стандартизованных модулей типа COM.


Рис.1. Модуль nanoETXexpress-VX8 (фотография в натуральную величину).

Концепция COM и спецификация nanoETXexpress

Напомним читателям основные положения концепции COM (Computer-On-Module – компьютер на модуле). Классический модуль COM представляет собой одноплатный компьютер, лишенный физических интерфейсов и снабженный стандартизованными разъемами для подключения к базовой (материнской) плате. Модуль COM несет на себе процессор, чипсет, память и ключевые средства ввода-вывода. Фактически, модуль COM представляет собой готовое вычислительное ядро компьютерной системы, периферия же этой системы (физические интерфейсы, порты, дополнительная функциональность и т.п.) реализуется на базовой плате, которую пользователь модуля COM может разработать самостоятельно или заказать третьей фирме. Физические и функциональные параметры базовой платы не стандартизованы[1]; это дает разработчику ту свободу действий, что необходима для эффективного учета конкретной прикладной специфики. Можно сказать, что идея COM состоит в разделении конечной системы на стандартизованную (модуль COM) и узкоспециализированную (базовая плата) части. Приобретая готовое изделие типа COM, разработчик избавляется от необходимости осуществлять интеграцию процессора, памяти и чипсета и может все свои силы посвятить оптимизации конечной системы под требования конкретных задач.

История индустрии COM тесно связана с именем Kontron. Самый известный и популярный COM-стандарт, называющийся ETX (Embedded Technology eXtended), представляет собой ни что иное, как внутреннюю спецификацию холдинга Kontron, которая была открыта для всеобщего использования. Аналогичное происхождение имеют стандарты ETX 3.0, ETXexpress / COM Express и microETXexpress / Compact COM Express: соответствующие спецификации, первоначально разработанные инженерами Kontron для собственных нужд, были впоследствии опубликованы на официальном сайте холдинга (www.kontron-emea.com), что превратило их в общедоступные стандарты. Популярность спецификаций серии ETX в отрасли привела к тому, что на них обратила внимание такая авторитетная международная организация, как PICMG (www.picmg.org), ратифицировав стандарт ETXexpress / COM Express под кодовым обозначением COM.0[2].

Подобно своим предшественницам (ETXexpress / COM Express и microETXexpress / Compact COM Express), спецификация nanoETXexpress призвана помогать разработчикам, желающим использовать шину PCI Express в новых встраиваемых системах. Главным отличием nanoETXexpress от других ETX-стандартов является «заточенность» под ограниченное свободное пространство: габариты модуля nanoETXexpress составляют всего 55 x 84 мм.

Что же может уместиться на печатной плате таких размеров? Представление об этом позволяет получить продукт Kontron nanoETXexpress-VX8.

Характеристики модуля nanoETXexpress-VX8

Изделие Kontron nanoETXexpress-VX8 выполнено на базе экономичного низковольтного процессора VIA Eden (предполагается, что в модельном ряду Kontron nanoETXexpress будут представлены различные процессорные архитектуры и чипсеты).

Габариты, производительность, функциональность и скорость системного интерфейса ставят продукт Kontron nanoETXexpress-VX8 в промежуточное положение по отношению к изделиям microETXexpress и COM-модулям X-Board / DIMM-PC. Имея почти вдвое меньшую площадь, чем microETXexpress (Рис.2), по своим физическим размерам Kontron nanoETXexpress-VX8 ближе к X-Board и DIMM-PC, однако обладает гораздо более высокой производительностью и поддерживает шину PCI Express, что роднит это изделие с microETXexpress и является беспрецедентным для модулей подобных габаритов.


Рис.2. Размеры модулей ETXexpress / COM Express, microETXexpress / Compact COM Express и nanoETXexpress равны соответственно 125 x 95 мм, 95 x 95 мм и 55 x 84 мм. Площадь nanoETXexpress составляет, таким образом, 39% от площади ETXexpress и 51% от площади microETXexpress.

Своей высочайшей производительностью модуль Kontron nanoETXexpress-VX8 обязан низковольтному процессору VIA Eden, работающему на частотах до 1,5 ГГц. Возможности данного ЦП в полной мере раскрывает чипсет VIA VX800, поддерживающий 400-мегагерцовую шину FSB. Комбинация из процессора VIA Eden ULV и микросхемного набора VIA VX800 характеризуется высокой степенью интеграции, радикально сниженным энергопотреблением и позиционируется компанией VIA как платформа для портативной электронной техники, в том числе для ультрамобильных персональных компьютеров нового поколения (Ultra Mobile PC).

Встроенное графическое ядро Chrome 9 HC3 Integrated Graphics, ускоряющее декодирование видео MPEG2, MPEG4, WM9, DivX и H.264, обслуживает два 18/24-разрядных канала LVDS, что означает поддержку современных плоских панелей в высоких разрешениях. Все это вкупе с наличием шины PCI Express и поддержкой памяти DDR2 объемом до 1 Гбайт позволяет охарактеризовать nanoETXexpress-VX8 как полнофункциональный компьютер настольного класса размерами с визитную карточку.

Коммуникационная подсистема Kontron nanoETXexpress-VX8 включает интерфейс Gigabit Ethernet, шину PCI Express, два порта Serial ATA II и шесть портов USB 2.0. В наличии интегрированный контроллер многоканального звука HD Audio. Рассматриваемый модуль, таким образом, хорошо подготовлен для решения самых различных задач как сегодняшнего, так и завтрашнего дня. Гибкость Kontron nanoETXexpress-VX8 и ориентация этого продукта на долгосрочные проекты подчеркиваются тем фактом, что, не смотря на наличие двух интерфейсов Serial ATA II, его системный разъем продолжает сохранять полную совместимость с разъемом COM.0 Type 1, определенным в стандарте PICMG COM Express (спецификация COM.0): контактные выводы одинакового назначения остались на прежних местах.

Программная поддержка продукта Kontron nanoETXexpress-VX8 также не подкачала: покупателям будут доступны BSP-пакеты для операционных систем Windows XP, Windows XP Embedded, Windows CE, Linux и ОС реального времени VxWorks. В результате модуль nanoETXexpress-VX8 можно будет применять в приложениях с различными требованиями к надежности, функциональности и временным характеристикам системного ПО. В числе других интересных особенностей Kontron nanoETXexpress-VX8 следует упомянуть наличие сторожевого таймера плюс поддержку функций Wake On LAN, JIDA32, VIA PadLock, VIA PowerSaver. В контексте мобильных и портативных приложений энергосберегающую технологию VIA PowerSaver следует отметить особо. Ее «принцип действия» состоит в динамическом регулировании рабочей частоты процессора в зависимости от нагрузки, что может снизить выделяющуюся на ЦП мощность до 50 процентов. Модуль nanoETXexpress-VX8 является полностью безвентиляторным, способен работать при температурах 0°C ... 60°C и относительной влажности воздуха от 10% до 90%.

Сохраняя обратную совместимость со стандартом COM.0, модуль Kontron nanoETXexpress-VX8 может устанавливаться на те же базовые платы, что и изделия ETXexpress и microETXexpress, однако с учетом исключительно малых размеров данного продукта это будет не самым оптимальным способом его использования. Продукт Kontron nanoETXexpress-VX8 адресован новым мобильным системам, требующим максимума возможностей, скорости и производительности в минимальном пространстве. Сегодня модуль nanoETXexpress-VX8 востребован в таких приложениях, как медицинская аппаратура, игровые автоматы, различная портативная и мобильная техника, а также информационные терминалы и кассовые аппараты. Кроме того, представляется вполне вероятным, что модули класса Kontron nanoETXexpress-VX8 с их беспрецедентной плотностью функциональности, производительности и пропускной способности на квадратный сантиметр поверхности будут способствовать появлению систем совершенно новых типов, не имеющих аналогов в прошлом[3].

Заключение

Изделия наподобие Kontron nanoETXexpress-VX8 являются лучшими аргументами в пользу стандартов. Концепция стандартизованных модулей COM привлекательна сама по себе, поскольку обеспечивает рациональное разделение труда между поставщиком COM-модуля и разработчиком базовой платы. По причине отсутствия памяти, процессора и чипсета базовая плата не обязана быть многослойной, что может сделать ее весьма недорогой в проектировании и производстве. Сэкономленные в результате применения COM время и деньги имеет смысл направить на реализацию своих конкурентных преимуществ, развитие дополнительных сервисов и функций. Когда же все эти соображения подкрепляются реальными продуктами со столь впечатляющими параметрами, как у Kontron nanoETXexpress-VX8, психологическое и экономическое преимущество стандартизованных решений начинает выглядеть подавляющим. Модуль Kontron nanoETXexpress-VX8 – это действительно отличный продукт, который будет прекрасным выбором для самых современных встраиваемых систем, требующих применения высокопроизводительных малогабаритных комплектующих с пропускной способностью уровня PCI Express. Целевой аудиторией данного продукта являются проектировщики медицинской аппаратуры, разработчики портативной и мобильной электронной техники, а также вообще все специалисты по встраиваемым системам, чей круг интересов включает высокую производительность, поддержку самых передовых коммуникационных технологий, модульность, гибкость, короткие циклы разработки и ориентацию на долгосрочную перспективу.


Врез 1. О технологии шифрования VIA PadLock.

Блок шифрования PadLock входит в состав новых процессоров серии VIA C7. Работа PadLock основана на принципе исключительно аппаратной генерации случайных чисел.

Помимо собственно шифрования блок VIA PadLock Security Engine реализует аппаратную защиту от распространения повреждений и компьютерных червей.

Сдвоенные генераторы PadLock выдают до 12 миллионов случайных чисел в секунду и используют передовые алгоритмы, обеспечивающие непредсказуемость генерации и повышающие устойчивость шифрования ко взлому. Генерация осуществляется без какого-либо участия операционной системы, памяти или программных ресурсов, что дает дополнительную защиту по сравнению с комбинированными аппаратно-программными решениями. К числу преимуществ технологии VIA PadLock следует отнести также высочайшую скорость ее работы, принципиально недостижимую при использовании комбинированных методов (специалисты VIA шутят, что шифрование средствами PadLock осуществляется быстрее, чем в реальном времени) и отсутствие дополнительной вычислительной нагрузки на центральное процессорное ядро («тяжелое» шифрование и воспроизведение видео высокого разрешения могут идти параллельно, ничуть не мешая друг другу).

Врез.2. Новая инициатива комитета PICMG COM Express: разрабатывать базовые платы станет еще проще

В октябре 2007 года члены комитета PICMG COM Express объявили о намерении выпустить «Руководство разработчика базовой платы COM Express» (COM Express Base Board Design Guide). Цель данной инициативы состоит в том, чтобы повысить степень совместимости и взаимозаменяемости изделий COM Express от разных поставщиков. Ориентировочные сроки публикации «Руководства» – конец февраля 2008 г.

Основой для «Руководства разработчика базовой платы COM Express» послужит спецификация COM Express Extension Design Guide, созданная силами членов COM Industrial Group (www.com-ig.org). Данная спецификация, в свою очередь, является результатом деятельности компаний-членов COM Industrial Group в рамках реализации программы COM Express Extension, призванной способствовать более быстрому освоению технологии COM Express производителями и конечными пользователями и гарантировать взаимозаменяемость аппаратных средств.

Консорциум PICMG и организация COM Industrial Group намерены продолжать свое сотрудничество, развивая и расширяя семейство международных стандартов серии COM Express. Все это должно обернуться дополнительными удобствами для пользователей, которые получат широкий выбор полностью совместимых между собой высококачественных компьютеров-на-модуле вкупе с профессиональной помощью по их применению в реальных проектах.

В списках членов комитета PICMG COM Express фигурируют такие известные на рынке встраиваемых систем имена, как Kontron, Aaeon, Adlink, Advantech, Congatec, Continuous Computing, Curtiss Wright, Diversified Technology, Foxconn, IEI, NMS, Nokia Siemens Networks, RadiSys, Trenton Technology и VIA Tech.


[1] Исключение составляют разъемы, при помощи которых модуль COM подключается к базовой плате.

[2] Ратификации PICMG ожидает также стандарт microETXexpress / Compact COM Express. Стандарты ETX и ETX 3.0 курируются организацией ETX Industrial Group (www.etx-ig.com), стандарт ETXexpress / COM Express – организацией COM Industrial Group (www.com-ig.org).

[3] В эту категорию попадают все системы, созданию которых препятствовало отсутствие на рынке готовых стандартизованных модулей, сочетающих в себе сверхмалые размеры с большими вычислительными возможностями и адекватной поддержкой современных последовательных интерфейсов.