Un nuovo standard per i computer-on-module

PC INDUSTRIALI –

La nuova specifica Low-power Embedded Architecture Platform presentata da Kontron è stata sviluppata per Computer-on-Module basati su SoC e Arm.

Fino ad oggi, le applicazioni basate su Arm sono state abitualmente associate a sviluppi relativi a specifiche applicazioni e a progetti full custom. Questo in parte è dovuto ai requisiti particolarmente esigenti , in termini di costo e di efficienza energetica, che dovevano soddisfare i prodotti finali. La disponibilità di componenti Cots standardizzati per progetti basati su Arm e SoC possono contribuire a ridurre drasticamente lo sforzo di realizzazioni di questo tipo nelle applicazioni embedded. Con l’obiettivo di soddisfare tali requisiti, Kontron ha lanciato Low-Power Embedded Architecture Platform, una nuova specifica per moduli CoM. La società inserirà blocchi base standardizzati da utilizzare anche in applicazioni esistenti, spesso di tipo proprietario, concepite per soddisfare i requisiti dei singoli processori Arm. Per il lancio di questo nuovo standard “de facto” per Computer-on-module basati su Arm e SoC, Kontron potrà contare sul supporto di Adlink che opererà in qualità di seconda sorgente.

Creare uno standard: un criterio collaudato
Kontron ha deciso di adottare questo tipo di metodo che è già stato sperimentato con successo con Etx e CoM Express, due standard che hanno ottenuto lusinghieri apprezzamenti da parte del mercato. L’azienda ha intenzione di ripetere questi successi con la “Low-power Embedded Architecture Platform”, il cui obiettivo è integrare l’attuale offerta di piattaforme x86 con nuovi Computer-on-Module basati su SoC e Arm. Per architetture di questo tipo è necessario definire un nuovo standard perché i requisiti delle applicazioni che adottano soluzioni Arm differiscono spesso sensibilmente da quelle che utilizzano la tecnologia x86. La nuova specifica “Low-power Embedded Architecture Platform” è stata concepita per applicazioni mobili a basso consumo. Complementari a quelle dei moduli x86 di Kontron, queste applicazioni sono relative a tablet e dispositivi portatili embedded estremamente economici, così come a Box-Pc e interfacce operatore compatte contraddistinte da elevata scalabilità, disponibilità sul lungo termine e affidabilità. Caratteristiche di questo tipo sono richieste nei settori aerospaziale e della difesa, degli apparati industriali, dell’energia e dei lettori multimediali professionali. Fino a oggi, comunque, i dispositivi basati su Arm non erano dotati di queste caratteristiche e quindi il loro utilizzo era circoscritto a quello dell’elettronica di consumo.

Il core è un connettore
La gamma di interfacce disponibili sui processori SoC e Arm differisce da quella presente sulle piattaforme x86. Ciò significa che l’implementazione dell’interfaccia tra il modulo e la scheda carrier deve risultare conforme con la gamma disponibile sul processore e i requisiti dell’applicazione. Invece di adattare un progetto già esistente, Kontron ha deciso di sviluppare la specifica Low-power Embedded Architecture Platform basandosi sul connettore MMX 3.0 a 314 pin. L’altezza estremamente ridotta, pari a soli 4,3 mm, favorisce lo sviluppo di progetti che richiedono uno spessore ridotto con una distanza tra scheda e scheda di 1,5 mm. Il connettore è anche disponibile in versione resistente alle sollecitazioni e alle vibrazione, come richiesto ad esempio nelle applicazioni automobilistiche. Questo connettore, che ha già dimostrato la sua affidabilità nell’utilizzo delle schede grafiche presenti sui notebook, è disponibile da numerosi produttori. Oltre a proporsi come una soluzione collaudata, si distingue per il suo costo contenuto e, soprattutto, per la disponibilità a lungo termine.

Due fattori di forma
Per garantire fin dall’inizio agli sviluppatori la flessibilità necessaria a soddisfare differenti requisiti meccanici sono previsti due differenti fattori di forma: uno più compatto, che misura 82x50mm e uno di dimensioni maggiori, uguali a 82x80mm, destinata essenzialmente ai futuri processori multicore a elevate prestazioni. La nuova specifica messa a punto da Kontron ovviamente include tutti gli altri aspetti di natura puramente meccanica, come ad esempio il posizionamento dei fori di montaggio e definisce tutti i parametri per le soluzioni di raffreddamento standardizzate.
 
La necessità di nuove interfacce
Oltre alla definizione delle specifiche di progetto meccaniche, era necessario prendere in considerazione le interfacce elettriche tra un modulo CoM e la scheda carrier. Queste interfacce dedicate giustificano la necessità di uno standard ad hoc per le piattaforme SoC e Arm. Rispetto alle tradizionali piattaforme x86, i processori Arm si differenziano nettamente in termini di connessione e implementazione dei tipici componenti periferici e della stessa scheda carrier. Se paragonate alle piattaforme x86, quelle basate su Arm dispongono di un numero inferiore di interfacce generiche come PcI Express ma mettono a disposizione altri tipi di interfacce per specifiche categorie di dispositivi. Tutto ciò, abbinato ai consumi estremamente ridotti dei processori, contribuisce a conferire caratteristiche di efficienza – in termini sia energetici sia di volumi – ai progetti basati su SoC e Arm. Grazie alla definizione del nuovo standard per queste piattaforme da parte di Kontron gli utilizzatori non saranno più costretti ad andare alla ricerca di compromessi tra la ridondanza dell’insieme di caratteristiche dell’architettura x86 e lo scarso numero di I/O dei processori Arm e SOC.

La prima interfaccia per telecamera sui moduli CoM
Per la prima volta, la nuova specifica definisce fino a due interfacce dedicate per telecamere per i moduli CoM. Due ingressi per telecamere conformi agli standard Mipi come Csi (Camera Serial Interface) consentono l’implementazione di applicazioni video senza ricorrere a controller esterni. In tal modo risulta possibile realizzare funzionalità innovative come ad esempio diritti d’accesso mediante riconoscimento del viso e possibilità di effettuare operazioni senza contatto per mezzo di controlli gestuali. Telemedicina, videotelefonia e documentazione video per applicazioni nel campo della manutenzione e dell’assistenza sono alcune tra le altre possibili applicazioni.

Connessione di periferiche dedicate
I requisiti delle applicazioni che verranno sviluppati in conformità alla nuova specifica differiscono da quelli degli strumenti che utilizzano l’architettura x86. Per quanto riguarda i supporti di memorizzazione, le schede SD rappresentano una scelta migliore rispetto ai classici hard drive e Ssd. Per tale motivo sono previsti tre SDIO (Secure Digital I/O) per il collegamento con supporti di memorizzazione esterni. In questo modo risulta possibile collegare supporti SD compatti e a basso consumo direttamente alla scheda carrier. Senza dimenticare che questi Sdio semplificano il collegamento di moduli Wi-Fi e 3G/4G. Oltre a ridurre i costi di sviluppo, gli utilizzatori possono scegliere tra una vasta gamma di blocchi base già esistenti e ampiamente collaudati. Altri componenti periferici specifici come Bluetooth e ZigBee per il networking e giroscopi e sensori GPS possono essere collegati mediate le interfacce I2C. Queste ultime sono incluse nel nuovo standard così come le porte Spi che permettono la connessione ad esempio con un touchscreen. Per quanto riguarda la parte audio, l’interfaccia I2S sulla scheda carrier garantisce una trasmissione del suono multicanale digitale priva di perdite, caratteristica di fondamentale importanza in applicazioni quali sistemi di infotainment e chioschi multimediali. La possibilità di implementare fino a due interfacce per bus Can per il controllo di macchine o per la connessione a una rete presente all’interno di un veicolo contribuirà a promuovere l’uso di questa specifica in applicazioni a bordo di veicoli e nell’industria dell’automazione. Immutate, invece, le interfacce tradizionali: la specifica prevede infatti fino a 3 porte Usb 2.0, Gigabit Ethernet e un massimo di tre canali (lane) PcI Express. Queste ultime risultano utili nel momento in cui si decide di apportare miglioramenti a livello di Lan/Lan oppure sono richieste implementazioni mediante Fpga attraverso connessioni con bus di campo definibili via software. A livello di interfacce video sono previste Lvds, Rgb a 24 bit e Hdmi: per i futuri progetti è prevista l’introduzione di un’interfaccia eDP (embedded Display Port).

Un esempio di progetto con il processore Sitara
Una delle prime realizzazioni conforme a questa nuova specifica è un campione di un modulo CoM estremamente compatto basato sul processore a core singolo AM387x di Texas Instruments con core Cortex A8 di Arm che può ospitare fino a 1 GB di Ram Ddr3. Esso integra il motore grafico 3D SGX530 che garantisce una risoluzione massima di 1080p a 60 Hz per in pilotaggio di pannelli di ampie dimensioni in formato Full HD. Il futuro modulo CoM basato su questo progetto sarà dotato di porte Can e Gigabit Ethernet. Sono anche previsti ingressi per telecamera conformi a Mipi-Csi.
 
Moduli e servizi

Per consentire agli utenti di utilizzare immediatamente la tecnologia Arm, Kontron renderà disponibili non solo i blocchi fondamentali basati su Arm, ma anche una vasta gamma di servizi di progettazione custom. Ciò significa che gli utenti potranno disporre di piattaforme applicazioni pronte già integrate a livello di scheda e di sistema sotto forma di prodotti standard oppure custom. Oltre a questo servizio di sviluppo per i singoli componenti hardware a livello di scheda o di sistema, Kontron mette a disposizione una vasta gamma di servizi software: sviluppo di driver, modifiche del codice del sistema operativo fino ad arrivare al porting delle applicazioni e ai servizi di validazione, alla fornitura dei pacchetti hardware/software completi e alla licenza in volumi. La disponibilità di una piattaforma delle applicazioni pronte garantisce numerosi vantaggi agli utilizzatori tra cui possibilità di effettuare la migrazione in maniera efficiente, diminuzione dei costi di sviluppo e riduzione del time-to-market: su richiesta, la piattaforma può essere fornita già certificata. In questo modo gli utilizzatori possono concentrarsi sul loro compito principale che è lo sviluppo dell’applicazione.

Un supporto completo per sistemi operativi
Kontron assicura il supporto per tutti i principali sistemi operativi del mondo Arm: Windows CE 6 e Windows Embedded Compact 7, sistemi operativi basati su Linux così come Android per i prodotti Arm. Per i processori TI è previsto il supporto di VxWorks. Si tratta di un fattore di fondamentale importanza per tutte le applicazioni che richiedono la massima disponibilità e il funzionamento in tempo reale. Come nel caso dei prodotti basati sull’architettura x86 di Kontron, quelli che sfruttano la tecnologia Arm supporteranno la versione nativa di Windows 8 per Arm non appena disponibile da Microsoft. Il supporto di Android, sistema operativo ancora relativamente “giovane” ma già ampiamente diffuso nel mercato dei tablet e degli smartphone favorirà l’introduzione nel mercato potenzialmente enorme delle applicazioni multimediali connesse in rete basate sulla tecnologia Arm. I BPS saranno validati per questo sistema operativo fino a livello di sistema. Gli Oem potranno quindi concentrare le loro risorse sullo sviluppo dell’applicazione senza dover passare attraverso una fase di apprendimento. I primi prodotti basati su Arm conformi alla nuova specifica CoM saranno introdotti questa nella prossima edizione di Embedded World. Essi costituiranno la base delle future soluzioni a livello di sistema che verranno introdotte da Kontron.

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