Oleg Romanov - [email protected]
De multe ori, proiectarea sistemelor integrate, dezvoltatorul trebuie să aleagă între calculatorul de bord unic (SBC - un singur calculator de bord) și un modul de procesor (COM - calculator pe modul). Pentru informații cu privire la modul de a face soluția cea mai rentabilă și ar trebui să fie luate în considerare factori ce în acest scop, se va discuta în acest articol.
Fig. 1. Aspectul PC-ului computerului / 104 placi cu copii
Astăzi, sistemele informatice au pătruns în toate sferele vieții umane activitate: sisteme integrate de înaltă performanță sunt utilizate în domenii complet diferite, variind de la gestionarea liniilor de producție și terminând cu echipament medical. Pentru a face alegerea potrivită în favoarea unuia sau un alt sistem încorporat, este mai întâi necesar să se analizeze indicatori, cum ar fi productivitatea și arhitectura procesorului, interfețele implementate, consumul de energie este utilizat de software (SW), costul și timpul de dezvoltare.
Este clar că procesul de proiectare devine din ce în ce mai complexe. Sistemele integrate utile de multe ori trebuie să sprijine anumite interfețe cerute de către utilizatorul final, funcționează la temperaturi extreme și asigură un consum redus de energie, cu o productivitate ridicată în echipamente de la distanță nesupravegheat și cu fiabilitate corespunzătoare.
Dezvoltatorii au nevoie pentru a naviga aspectele tehnice, organizatorice și comerciale care afectează proiectarea, pentru a selecta soluția optimă. evaluează în mod corespunzător toate cerințele pentru proiectarea, inginerii vor favoriza în cele din urmă factorul de formă cel mai adecvat pentru crearea sistemului. nuanțe tehnice, organizatorice și comerciale pot avea aceeași prioritate în determinarea proiectarea sistemului algoritmului, astfel încât acestea ar trebui să fie luate în considerare de către dezvoltator în complex: de exemplu, trebuie în egală măsură să ia în considerare performanța procesorului, și un set de interfețe, și design-timp, recurente și costurile non-recurente pentru lucrările de inginerie , capacitatea de a actualiza, precum și de alți factori. Rețineți că specificațiile detaliate va contribui la reducerea semnificativă a numărului de variante posibile de dezvoltare a sistemului în fiecare caz.
Ce factor de formă potrivită pentru cel mai bun sistem în curs de dezvoltare?
Single Calculatoare de masă și modulele CPU sunt în măsură să ofere oportunități similare, presupunând că este calea complet diferit de dezvoltare pentru a atinge performanța necesară. efect pe termen lung cu privire la decizia este esențială, și se conectează factorul de formă selectat, cu un ciclu de viață a produsului. Alegerea factorilor de formă pentru a crea un sistem poate limita foarte mult cerința de compatibilitate cu sistemele existente, spre deosebire de cazul în care sistemul a fost creat de la zero.
Single Board Computers - este o soluție completă care elimină etapa de dezvoltare și producție, în cazul modulelor de procesor pentru a crea o placă purtătoare, prin urmare, dezvoltatorii de sistem se concentreze doar pe probleme de politică. Această soluție vă permite să aducă rapid produse pe piață, dar are și costul mai ridicat. Deoarece SBCS sunt disponibile, luând în considerare cea mai mare satisfacție a tuturor cerințelor clientului, nu există nici un evitarea redundanței interfețelor suportate: numărul lor, setați cantitatea de memorie, etc. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că ciclul de viață al sistemului va fi limitată la o perioadă de producție a unui anumit calculator singură placă .. utilizat în acest sistem. Când se scoate din producție va trebui să actualizeze sistemul lor și ținând seama de diferențele dintre computer nou de la învechit, de exemplu, un aranjament diferit de conectori de interfață de pe placa PC. În piață embedded formă răspândită următorii factori: 3.5 SBC "(146 x 102 mm), 2,5" (100 x 72 mm, un nume alternativ Pico ITX) și RS / 104 (96 x 90 mm) .
O atenție deosebită trebuie acordată standard unic de bord calculatoare PC / 104. placi Daughter, sau module de expansiune pentru calculatoare PC / 104 au aceleași dimensiuni de 96 x 90 mm, și placa de bază a computerului, și combinate cu standardul ei greu de definit interfețe (Fig. 1) PCI, PCI Express (PCIe) și AIS (în versiunile anterioare). Astfel, PC-ul standard de / 104 vă permite să evite nevoia de design proprii de bord purtător și mai optim configurați computerul utilizând modulele de la diferiți producători. Trebuie remarcat faptul că, pentru o lungă perioadă de timp existența unui PC standard / 104 mulți producători au dezvoltat un număr foarte mare de diferite scopuri, și module de funcții. libertate suplimentară de la un anumit calculator de bord este prevăzut în faptul că, în 104 / conectorii de interfață RS pe carcasa conectată la computer de bord sau modulul de expansiune prin cabluri. PC / 104 procesor este utilizarea de limitare consum redus de energie în utilizarea de un singur calculatoare de bord. Consumul de energie SBC PC / 104 ar trebui să fie nu mai mult de 25 W, și este conectat cu limitarea la sarcina de bord conectori utilizate în standard PC / 104 [1]. O altă complexitate este faptul că procesoarele sunt utilizate în principal datorită x86 utilizate în RS standard de 104 / interfață. Cel mai recent, ARM-procesor a început folosind interfata PCIe, ca ARM anterior pentru utilizare în singur calculatoare de bord PC / 104 a trebuit să utilizeze circuite suplimentare pentru a implementa interfețele PCI, PCIe și ISA [2].
Module Processor (Fig. 2), ca și componentele montate pe placa cu circuite imprimate elimina optim sistem redundant. Dezvoltator poate urmări cel mai fidel specificațiile tehnice, având în vedere dimensiunea plăcii de circuit imprimat, forma, plasarea de interfețe și tipuri de conectori, și se aplică în acest caz, numai la periferie de pe placa de suport, care este necesară pentru sistem. Prin standardizarea modulelor este posibila modificare simplă a sistemului prin înlocuirea modulelor de pe placa de bază. Astfel, este posibil să se efectueze reglarea fină a sistemului la cerințele clientului și eliberarea versiune a sistemului cu mai mult sau mai puțin puternice procesoare sau chiar schimba arhitectura procesorului prin simpla înlocuire a modulului. Datorită modulelor interschimbabile oferă un sistem ușor de upgrade atunci când sunt noi procesoare, și se extinde, de asemenea, ciclul de viață al produsului, face liber de îmbătrânire și retragerea din producția unui anumit modul și elimină dependența de un singur producător.
Fig. 2. Tipuri de module de procesor
La fel ca și cu un singur standard de calculatoare de bord PC / 104 restricții de putere sunt luate în considerare pentru modulele de procesor. nu este instalat, dar valoarea consumului de energie determinat de caracteristicile de bord conectori pentru module de standarde stricte COM Express. Aceasta corespunde la aproximativ 50 wați pentru tip 2 unități, de tip 6 și tip 7 și 25 W pentru Type 10 (Mini COM Express), deoarece acest tip de module foloseste un singur slot, în contrast cu cele anterioare [3]. restricționează sever standardele Qseven modulul de alimentare de consum - la 12 wați și SMARC (Mobilitate inteligentă arhitecturã), - până la 15 wați. [4].
În ceea ce privește consumul redus de energie ar trebui să fie dezvoltate de către sistem?
performanța procesorului este direct legată de consumul de energie: procesoare cu o productivitate mai scăzută necesită mai puțină energie. În plus, procesorul de asemenea, depinde de alegerea sistemului de răcire. Mai putine restrictii impune un sistem de răcire activă, permițându-vă să selectați performanța procesorului necesar. Atunci când sistemul este limitat la răcire fără ventilator pasiv, prioritatea va procesoare cu un consum redus de energie și trebuie să sacrifice performanța procesorului din cauza limitărilor parametrilor dimensionale în masă ale sistemului de răcire.
În regiunea de putere joasă CISC (complex set de instrucțiuni de calculator, un computer cu un set complet de comenzi) x86 arhitectura platforma pierdut istoric RISC (set de instrucțiuni de calculator redusă, un calculator cu un set de instrucțiuni redus), care sunt construite procesoare ARM. Arhitectura ARM Mai ușor are o suprafață mică cip și consumă mult mai puțină energie. Acest avantaj este activat de către procesorul de a avea un loc de frunte printre factorii de formă cu dimensiuni minime. standardele Qseven și SMARC au fost dezvoltate inițial pentru a permite arhitectura ARM. Cu toate acestea, dezvoltarea platformei x86 continuă, iar acum dezvoltatorii au acces la modelele x86 low-power. Noile procesoare vor oferi performanțe mai bune decât x86 generația anterioară, în timp ce consumă mai puțin de 10 wați. Acest lucru a permis utilizarea noilor procesoare low-power x86 în module și Qseven SMARC și de a crea un nou modul COM Express Mini (Tip 10), care asigură continuitatea standardului COM Express în unitate mai mici.
Alegerea sistemului de operare și software
Alegerea arhitecturii procesorului instalat pe modulul sau într-un singur computer de bord, sistemul de operare este afectat. Pe de altă parte, în cazul în care inginerul este limitat în alegerea sistemului de operare, poate afecta alegerea procesorului utilizat.
Linux - sistemul de operare cel mai versatil. Acesta susține atât x86 și procesoare ARM. În mod tradițional utilizat în aplicarea ARM Linux și construit pe sale pe bază de Android. Și doar recent portat Microsoft Windows pentru arhitectura ARM. Mulți producători de computere de bord unice și procesoare cu procesoare ARM sunt limitate pentru a sprijini pentru Linux, care impune restricții în sistemul de operare utilizat. În acest caz, o mai versatil sunt procesoare x86. Acestea sunt susținute și Linux și Windows, și de a folosi VxWorks sau QNX cântare, dacă este necesar, va gravita spre procesoare x86, deoarece aceste sisteme de operare suporta doar o parte din arhitectura ARM. În favoarea Windows, chiar dacă crește costul sistemului, spune o cantitate foarte mare de dezvoltare de software și de depanare a sistemului, în scris pentru sistemul de operare, și suport profesional.
Factorii care afectează costul sistemului
Costul sistemului este format dintr-o varietate complexă de factori. De exemplu, se poate presupune că rata depinde de calculator dimensiune modul sau cu o plată, motivată de faptul că, la placa cu circuite imprimate cu mai puține componente. Cu toate acestea, în realitate, un modul mai mic poate fi mai scump decât un modul zonă mai mare. Specificații Modelul cu interfețe I / O implementat single-core sau procesor quad-core și sunt condițiile care vor determina costul total al cardului.
Resursele cheltuite pentru dezvoltare și depanare, valoarea software-ului și hardware-ul utilizat - toate acestea, la rândul său, afectează costul soluției. Luați în considerare modulul COM Express de bază, Compact și Mini factor de formă cu același procesor instalat. În modulul Mini mai puțin spațiu de bord, dar poate solicita aceleași funcții ca bază și module compacte. Pentru a le pune în aplicare în mod eficient, va avea nevoie de straturi suplimentare de placa de circuite imprimate, iar aceasta este o lucrare costisitoare și laborioasă de inginerie, care crește timpul de dezvoltare și, în consecință, costul de producție.
Costurile de inginerie sunt, de obicei, aliniate după cum urmează: cele mai scumpe sunt formate complet, gata de a utiliza un singur calculatoare de bord PC / 104 (din cauza densității de montare pe placa de circuit imprimat), urmat de un singur calculatoare de bord 3.5 „și Pico ITX, la un cost de aproape de ei sunt module standard COM Express. Modulele Qseven SMARC și au mai puține componente și, de regulă, au o funcționalitate mai mică decât COM Express, ceea ce reduce semnificativ costul lor.
Pentru a estima costul total al sistemului nu poate ignora resursele cheltuite pe dezvoltare, depanare și testarea plăcii de bază pentru decizia pe modulul procesorului. Această soluție (placă de purtător + unitate de procesare) începe să câștige la un cost, după depășirea unui anumit număr de elemente, în cazul în care costurile de dezvoltare și depanare a plăcii de bază începe să compenseze producția de plăci purtătoare mai scumpe datorită unei structuri simple și un număr mai mic de interfețe implementate în comparație cu calculatorul monoplacă.
Nu trebuie să uităm despre intervalul de temperatură de funcționare a modulelor și a calculatoarelor singură placă. Utilizarea componentelor cu așa-numitul domeniu de temperatură industriale de -40 ... + 85 ° C și testele de temperatură ulterioare pot crește valoarea de 1,5 ori comparativ cu modelele comerciale 0 ... + 70 ° C De aceea nu putem neglija posibilitatea de a atenua în intervalul de temperaturi de funcționare, chiar și la 10 ... 20 ° C: Astfel, în intervalul de temperatură de lucru de -20 ... + 75 ° C reduc semnificativ soluțiile de costuri în comparație cu -40 ... + 85 ° C De asemenea, de notat este faptul că intervalul negativ de -40 ... -20 ° C mai mare efect asupra valorii decât intervalul pozitiv de + 60 ... + 85 ° C.
Alegerea variantei optime
Atunci când munca grea de a pune calendarul atunci când, de exemplu, cu privire la punerea în aplicare a proiectului nu dat mai mult de șase luni și timp pentru a dezvolta placa de bază nu rămâne, este necesar să se utilizeze un singur computer de bord. Single calculator de bord - este de fapt sistemul gata, sunt necesare doar pentru a adăuga puterea, conectați interfața dorită, instalați și software-ul de depanare.
O decizie similară în favoarea calculatorului cu un singur bord, în mod evident, luate cu cantități mici de sistem în curs de dezvoltare - (. De exemplu, 100 de bucăți), în cazul în care costurile de dezvoltare și producție de plăci purtătoare depășesc în mod clar beneficiile rezultate din utilizarea modulului procesorului în comparație cu calculatorul monoplacă.
Dacă doriți să asigure utilizarea pe termen lung a sistemului, cum ar fi de 10 ani, decizia este probabil să fie făcută în favoarea utilizării modulului procesorului. Ciclul de viață al unui singur computer de bord depinde de ciclul de viață al componentelor majore instalate pe computer de bord, eliminarea de producție, ceea ce face modificarea nepractică a mașinii și, prin urmare, de asemenea, duce la eliminarea acestuia din producție. Acestea sunt componente esențiale ale chipset și procesor. De exemplu, perioada maximă de serie integrate fabricate de Intel este de numai 7 ani. Ciclul de viață lungă a sistemului este asigurată prin simpla înlocuire a modulelor procesor depășite pe placa suport proiectat de tine.
Chiar mai dificil de a face o alegere între procesoare x86 și ARM. Așa cum sa discutat anterior, un rol important de jucat aici, și se aplică consumul de energie al sistemului. Windows și absența unor restricții severe vorbesc despre posibilitatea de a folosi procesoare x86 și Linux și consum de energie extrem de redus - despre ARM.
Deci, după cum sa demonstrat mai sus, dezvoltatorul are de obicei puține opțiuni viabile pentru a crea sistemul. Scopul acestui articol a fost, de asemenea, să acorde o atenție la factorii cheie și de a ajuta pentru a plasa prioritățile potrivite pentru a selecta soluția cea mai optimă.