ПРЕСС-ЦЕНТР

Проектирование платежных терминалов: пересмотр подходов

Автоматизация в промышленности 7/2008

Афонин Дмитрий

Стремительное развитие российской индустрии платежных терминалов в самом ближайшем будущем может быть омрачено появлением новых технических проблем, которые заставят разработчиков сменить свои подходы к выбору аппаратных средств.

Среднестатистический платежный терминал отечественного производства совершенно не похож на своих зарубежных собратьев. Мы имеем в виду не внешний вид, а внутреннее устройство, более конкретно – используемую аппаратную базу. Материнские платы для обычных персональных компьютеров в платежных терминалах западного производства практически не применяются. Персональные компьютеры работают в офисах, где они надежно защищены от воздействия экстремальных температур, повышенной влажности, ударов и вибрации, платежные же терминалы устанавливаются в торговых залах, в подземных переходах, на автозаправках, а зачастую и просто на улицах, где их единственной защитой от неблагоприятных факторов окружающей среды является действующее законодательство. Это разные классы приложений, в которых нужно применять разные аппаратные средства. Типичные офисные комплектующие не подходят для использования нигде, кроме настольных систем и серверов, для которых они изначально и создавались, и потому применять их в платежных терминалах по меньшей мере опрометчиво.

Поскольку практика применения в российских терминалах офисных комплектующих получила весьма широкое распространение, перемен к лучшему в отечественной культуре производства платежных терминалов следует ожидать уже очень скоро – после того, как владельцы и поставщики таких систем начнут терять на отказах оборудования по-настоящему большие деньги. Для разработчиков пересмотр существующих подходов к выбору аппаратных средств станет вынужденной мерой, призванной защитить их от убытков и потери доверия клиентов.

Какие аппаратные средства должны применяться в терминалах?

Платежный терминал – это типичная система промышленного класса. Так скажет любой специалист, чья сфера профессиональных интересов не ограничивается серверами и ПК. К данной категории относятся не только системы, устанавливающиеся в производственных цехах промышленных предприятий, но и вообще любое компьютерное и/или электронное оборудование, которому приходится работать при очень высоких или, наоборот, слишком низких (по сравнению с типичным офисом) температурах, в условиях повышенной влажности, сильной запыленности и сильных ударно-вибрационных нагрузок. Промышленное исполнение могут иметь самые различные устройства, комплектующие и конечные решения, начиная с разнообразной мобильной техники и заканчивая компьютерами военного и аэрокосмического назначения.

Аппаратные средства, рассчитанные на построение офисных компьютеров и серверов, в массе своей совершенно не подходят для создания систем промышленного класса. Применительно к офисному оборудованию понятие «механическая надежность» уже звучит несколько издевательски, если же добавить к этому требования к работе при околонулевых температурах вкупе с защитой от воздействия иных погодных явлений, ситуация начинает выглядеть просто комично. Сколько миллиметров осадков должно выпасть на настольную систему, чтобы она перестала работать? Удар какой силы способна выдержать материнская плата от обычного ПК? Этого не знает ни инженер, помещающий такую плату в платежный терминал, ни ее поставщик. Причем поставщика в данной ситуации совершенно не в чем упрекнуть: на устойчивость к ударно-вибрационным нагрузкам он свою плату не тестирует, как промышленное изделие он ее не позиционирует и ее работоспособность в отличных от офисных условиях не гарантирует. Вся полнота ответственности за нецелевое использование приобретенного оборудования ложится, таким образом, на разработчика платежного терминала.

В секторе промышленного компьютерного оборудования, как и в любом другом, есть свои законодатели мод, свои стандарты и свои обычаи. В частности, для продуктов промышленного класса исполнения принято указывать такой важный параметр, как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures – MTBF). Сегменту офисных плат данный термин вообще незнаком, в то время как в секторе систем промышленного класса параметр MTBF используется специалистами как один из ключевых факторов выбора. В мире промышленных аппаратных средств хорошим тоном считается использовать оборудования с MTBF порядка 100000 часов (более 11 лет безотказной работы). Что происходит с обычной материнской платой по прошествии 1,5–2 лет эксплуатации в офисных (не промышленных!) условиях, знает каждый, кто время от времени заглядывает в свой компьютер.

По промышленным меркам офисные платы живут недолго, причем как в буквальном (быстро выходят из строя), так и в рыночном смысле этого слова. Частая смена поколений процессоров и чипсетов приводит к тому, что, едва появившись на рынке, материнская плата офисного класса уже снимается с производства, уступая место новым моделям. Средний срок рыночной жизни обычной материнской платы для обычного ПК не превышает 6–9 месяцев. Это означает, что если выполненный на базе офисной материнской платы платежный терминал сломается, к примеру, по прошествии года эксплуатации (хотя с учетом всего вышесказанного такой результат был бы просто выдающимся), на его ремонт будет затрачено много времени и денег, т.к. потребуется выезд специалиста для замены устаревшей платы на новую, настройки системного ПО, а возможно и его переустановки (если новая плата будет иметь другой чипсет и т.п.). Разумеется, можно заранее озаботиться созданием склада запчастей, наполняя его всеми приглянувшимися моделями материнских плат, едва только те появляются на рынке, однако подобные утопические картины хороши для фантастов, а не для людей, занимающихся реальными делами. Да и к чему изобретать велосипед, закупая офисные платы в немыслимых количествах, если существуют специализированные промышленные решения с гарантированными сроками присутствия на рынке от 5 лет и выше? Сэкономив 100–150 долларов на разнице в цене между офисным и промышленным изделием, разработчик рискует потерять многие сотни на регулярных заменах вышедших из строя плат и логистике.

Оптимальная стратегия проектирования

Одно из главных эксплуатационных требований к платежному терминалу – способность к длительной бесперебойной работе в автономном режиме. Промышленные аппаратные средства, специально рассчитанные именно на те условия эксплуатации, которые характерны для платежных терминалов, будут тут как нельзя кстати. Дело не в том, что при изготовлении изделий промышленного класса применяются какие-то особые, неизвестные офисному миру технологии, а в концепции, подходе.

Узкие места системной архитектуры, лежащей в основе типичного современного ПК, хорошо известны: это обилие разъемов, низкая механическая прочность, плохая устойчивость к воздействию атмосферных факторов (повышенная влажность, экстремальные температуры) и использование жестких дисков.

Компьютерные продукты, позиционирующиеся как «промышленные» обычно лишены многих привычных разъемов. Память и даже процессоры нередко напаиваются непосредственно на печатную плату, что сразу же придает последней значительную ударо- и вибростойкость и избавляет от многих других свойственных офисным изделиям недостатков. Высокая степень интеграции (наличие на борту большого числа контроллеров, графического адаптера и других дополнительных устройств) также способствует уменьшению числа разъемов. Разъем может засориться или расшататься, его контакты – деформироваться и окислиться, и т.д., и т.п. Когда же разъема нет, все связанные с ним проблемы немедленно исчезают.

Поставщики промышленных аппаратных средств очень ответственно подходят к различного рода цифрам, имеющим отношение к ударно ударно-вибрационным нагрузкам, влажности воздуха, температурному режиму эксплуатации и времени безотказной работы. Причем в устах промышленных брэндов цифры эти отнюдь не пустой звук. Трудно представить себе поставщика офисных плат, тестирующего их на работоспособность, к примеру, при температуре замерзания воды, благо шансы на то, что кто-либо из клиентов решится эксплуатировать их продукцию в морозный день на свежем воздухе, ничтожны. Если же некая компания продает свои изделия на рынке оборудования промышленного класса, уровень ответственности за свои слова у нее совершенно иной, поскольку утрата изделием потребительских свойств без нарушения условий его эксплуатации чревата потерями денег и престижа: клиент, купивший продукт с заявленным рабочим температурным диапазоном 0°C ... +60°C, вправе (и с очень высокой степенью вероятностью будет) эксплуатировать его и при +5°C, и при +55°C сколь угодно длительное время, не опасаясь поломок.

Что касается жестких дисков, то здесь, к сожалению, выход только один. Несмотря на все их очевидные достоинства жесткие диски десятилетиями продолжают оставаться самыми ненадежными узлами персональных компьютеров и серверов. Не будет большим преувеличением сказать, что проблемы, связанные с отказом жестких дисков, знакомы каждому пользователю ПК. Поэтому стандартной вещью для большинства решений промышленного класса давно уже стала поддержка флэш-памяти в роли дискового накопителя с возможностью загрузки ОС. В отличие от жестких дисков флэш-память не имеет механических движущихся частей и потому практически нечувствительна к ударам и вибрации. Современные материнские платы, ориентированные на промышленные приложения, поддерживают загрузку с флэш-памяти на уровне БИОС.

Вторым ключевым требованием к платежным терминалам является удобство и дешевизна их обслуживания. Обслуживание платежного терминала – это далеко не то же самое, что обслуживание персонального компьютера. Неисправный ПК специалист службы технической поддержки может просто взять в руки и унести, терминал же приходится обслуживать на месте (что неудобно) либо демонтировать (что непросто) и везти на ремонтную базу (что долго), а затем или параллельно с этим проделывать те же операции в обратном порядке (что влечет недополучение прибыли). Средняя стоимость единичного эпизода обслуживания платежного терминала, таким образом, выше средней стоимости единичного эпизода обслуживания ПК. При этом платежный терминал, собранный из офисных комплектующих, будет ломаться чаще среднестатистического персонального компьютера. Кроме того, как уже говорилось выше, может случиться так, что нужные комплектующие для вышедшего из строя платежного терминала больше не производятся, и тогда затраты на его обслуживание существенно возрастут.

Аппаратные средства промышленного класса полностью меняют ситуацию. Стоимость обслуживания оборудования, которое не ломается, стремится к нулю. Разумеется, это идеальная картина; на практике иногда отказывают даже самые сверхнадежные системы. Речь идет о статистике, усредненной по времени частоте поломок. Реальность такова, что при эксплуатации в промышленных приложениях промышленные аппаратные средства выходят из строя гораздо реже офисных. А найти замену сломавшейся детали промышленного класса, если она все же ломается, обычно не составляет никакого труда, поскольку гарантированные сроки доступности для подобных изделий составляют 5–7 и более лет.

Промышленные материнские платы

Рассмотрим парочку реальных материнских плат промышленного класса, например, изделия 886LCD-M/mITX и KT690/mITX холдинга Kontron, выполненные в малогабаритном формфакторе Mini-ITX (размеры 17 x 17 см).

На плату 886LCD-M/mITX устанавливаются высокопроизводительные процессоры Intel Pentium M и Intel Celeron с тактовой частотой до 2,1 ГГц. Основными достоинствами платы 886LCD/mITX с точки зрения потребителя являются ее низкая стоимость, гарантированная доступность в долгосрочной перспективе и чипсет Intel 855GME + 6300ESB с интегрированным графическим ядром. Плата 886LCD-M/mITX оснащена двумя интерфейсами LVDS, слотом AGP/DVO, двумя каналами Serial ATA 150, четырьмя портами USB 2.0, тремя портами Gigabit Ethernet, четырьмя интерфейсами RS232 и портом PS/2 для подключения клавиатуры и мыши. Объем ОЗУ типа DDR333 SDRAM достигает 1 Гбайт, системная шина работает на частоте 400 МГц. Имеется свободный слот PCI, куда пользователь может установить свой модуль расширения. Материнская плата Kontron 886LCD/mITX может быть оснащена интерфейсом AC-97/DD5.1 или бортовым стереоусилителем. Контроллер Intel Extreme Graphics 2, являющийся частью чипсета, дает продукту 886LCD/mITX мощную графическую функциональность; если же возможностей встроенной графики недостаточно, в слот AGP/DVO можно установить стандартную AGP-карту или какой-либо из видеоадаптеров серии Kontron ADD с интерфейсами LVDS, DVI и/или CRT. Независимый графический вывод на два дисплея, востребованный во многих промышленных приложениях, плата Kontron 886LCD/mITX обеспечивает двумя путями: через уже имеющиеся у нее порты LVDS и через установку соответствующей видеокарты. Производитель рекомендует применять материнскую плату 886LCD/mITX в платежных и информационных терминалах, банкоматах, игровых автоматах, контрольно-измерительной аппаратуре, различных информационно-развлекательных решениях и в вычислительных системах промышленного назначения.

Изделие 886LCD-M/mITX существует в версии с процессором, напаянным непосредственно на печатную плату (используется ультранизковольтный ЦП Intel ULV Celeron с тактовой частотой 600 МГц). Данная модификация, обозначающаяся индексом (BGA), не требует применения вентиляторов и может использоваться в приложениях с особо неблагоприятными в механическом отношении условиями эксплуатации.

Рис.1. Так выглядят промышленные материнские платы Kontron 886LCD-M/mITX и 886LCD-M/mITX (BGA), способные осуществлять независимый вывод на два дисплея. Базовая модель (a) оснащается процессорами Intel Pentium M с тактовой частотой до 2,1 ГГц, в модификации Kontron 886LCD-M/mITX (BGA) (б) используется 600-мегагерцовый процессор Intel ULV Celeron, напаянный непосредственно на печатную плату и не требующий активного охлаждения.


Тем разработчикам, которые отдают предпочтение процессорам компании AMD, холдинг Kontron адресует плату KT690/mITX, базирующуюся на чипсете AMD M690T + SB600 «встраиваемой» серии и имеющую увеличенный жизненный цикл. Производитель позиционирует данный продукт как решение для платежных терминалов, киосков, медицинской аппаратуры (современных ультразвуковых сканеров), мультимедийной техники и игровых автоматов. Разработчики, создающие системы указанных типов, смогут по достоинству оценить такие характеристики Kontron KT690/mITX, как высокая производительность на ватт потребляемой мощности и наличие интегрированного графического ядра Radeon X1250. Материнская плата Kontron KT690/mITX поддерживает одноядерные и двуядерные процессоры серий AMD Sempron и AMD Turion 64 X2, которые выделяют от 9 до 35 Вт тепла и способны работать с шиной 16 Lane HyperTransport. Широкий спектр доступных процессоров позволяет регулировать вычислительные возможности, энергопотребление и стоимость систем на базе платы Kontron KT690/mITX в весьма широких пределах. Все процессоры, поддерживаемые данным изделием, рассчитаны на сокет S1, который известен своей хорошей устойчивостью к ударам и вибрации. Объем бортового ОЗУ типа DDR2 SO-DIMM достигает 4 Гбайт. Интерфейсная подсистема включает один слот PCI, один слот Mini PCI Express, один слот PCI Express x8 для установки внешней видеокарты, выходы LVDS и DVI и ЭЛТ, опциональный ТВ-выход, четыре канала Serial ATA 150/300, один канал ATA 133, десять (!) портов USB 2.0, два интерфейса RS232C, два порта Gigabit Ethernet, один параллельный порт, восемь линий GPIO и звуковой контроллер 7.1 HDA.

Рис.2. Промышленная материнская плата KT690/mITX позволяет использовать одно- и двуядерные процессоры серий AMD Sempron и AMD Turion 64 X2, поддерживает загрузку с флэш-памяти и способна осуществлять независимый вывод на два дисплея.


Одним из наиболее важных свойств обоих рассмотренных продуктов в контексте их возможного применения в российских платежных терминалах является увеличенный жизненный цикл – сроки доступности для материнских плат Kontron 886LCD-M/mITX и Kontron KT690/mITX составляют 5–7 лет. Разработчикам, использующим данные изделия в своих решениях, нет нужды создавать собственные запасы запчастей: чтобы изготовить новый платежный терминал или заменить вышедшую из строя материнскую плату, им будет достаточно обратиться к холдингу Kontron и получить от него в точности ту же модель, что и много лет назад. Огромное значение имеет также поддержка загрузки с накопителей CompactFlash и способность работать при температурах от 0°C до +60°C. Еще одним существенным моментом является возможность организации независимого графического вывода на два дисплея (в последнее время двухдисплейные конфигурации повсеместно становятся все более популярными, в том числе и на рынке платежных терминалов). Кроме того, необходимо отметить интерфейсную избыточность обеих материнских плат: их коммуникационные возможности заведомо превышают запросы самых требовательных сегодняшних терминалов, что создает хороший задел на будущее, когда конечные пользователи подобных систем захотят видеть в них новые сервисы.

Мы ждем перемен

Специалисты, занимающиеся системами повышенной надежности, хорошо знают, что использовать офисные аппаратные средства в неофисных приложениях нельзя. Это тупиковый путь.

Сравнительно небольшой возраст российского рынка платежных терминалов внушает в этой связи оптимизм. На смену неэффективным практикам проектирования неизбежно придут эффективные, на смену ненадежным офисным аппаратным средствам – высоконадежные промышленные. Трудно спорить с тем, что из закупленных на ближайшем рынке комплектующих можно собрать очень недорогой платежный терминал. Вот только работать такой терминал будет недолго, и, если поставить производство таких терминалов на поток, стоимость их обслуживания, ремонта и замены многократно превысит начальную экономию.

Грамотные специалисты, выбирающие для промышленных приложений промышленные комплектующие, способны предотвратить грядущую волну отказов платежных терминалов. Следует учесть, что уровень технической грамотности растет и среди пользователей платежных систем. Недалек тот день, когда при покупке нового терминала заказчик не просто посмотрит на сумму к оплате, но и попытается понять, что именно он покупает, попросит продавца открыть терминал и объяснить, соответствуют ли паспортные характеристики его начинки параметрам условий эксплуатации, потребует отчета о поддерживаемых стандартах и примененных частнофирменных решениях, озаботится наличием в терминале хрупких движущихся частей (жестких дисков) и т.п. Российские разработчики будут использовать в своих системах эффективные технические решения и оптимальные комплектующие, созданные с учетом специфики задач промышленного класса: если они не пересмотрят свои подходы к выбору аппаратных средств по доброй воле, их заставит это сделать рынок.