Verso lo smartphone form factor

EMBEDDED –

Nella progettazione dei sistemi embedded, le schede di piccolo formato sono un importante elemento di prototipazione rapida, oltre ad essere un componente del sistema stesso, soprattutto quando questo è ad elevatissime prestazioni e legato a uno standard di riferimento.

Le schede di piccolo formato o Sff (Small form factor) sono single board computer particolarmente ottimizzate per essere contenute in un'unica scheda di formato ridottissimo in relazione alla densità funzionale e computazionale che le caratterizza. Numerosi sono gli standard che ne hanno contribuito a definirne il formato prima di tutto e la modularità e funzionalità di conseguenza. Alcuni di questi standard hanno riguardato direttamente il Pc nella sua versione industriale, come per esempio lo standard Atx (Standard Atx, Micro Atx, Mini Itx, Nano Itx, Pico Itx), evoluzione dello standard AT. Altri standard di piccolo formato hanno orientato le specifiche dimensionali e funzionali all'applicazione mantenendo la compatibilità con l'architettura Pc (PC/104). Quest'ultimo, date le peculiarità, tra cui le piccolissime dimensioni e la modularità a stack (non richiede un backplane), pur essendo stato definito molti anni fa, di fatto è ancora molto attuale e anche tale da soddisfare i requisiti del nuovo trend dell'embedding orientato sempre più al formato smartphone piuttosto che a quello Pc. La piattaforma di computing smartphone e il suo ambiente operativo Android stanno diventando un significativo punto di riferimento per lo sviluppo del computing embedded e di conseguenza la disponibilità di schede Sff di formato e funzionalità adeguata ha già consentito di definire nuovi standard di formato Sff che soddisfano questi requisiti.

Dall'Atx ad Android
Atx è lo standard creato da Intel nel 1995 per le motherboard dei Pc di uso non industriale di dimensione 24,354 x 30,48 cm. Questo standard è stato aggiornato nel tempo in termini di small form factor attraverso vari formati Atx prima e Itx successivamente. Il formato microAtx (1996) è stata una variante che ha ridotto il formato Atx di un fattore 25% per ottenere minori consumi di potenza elettrica, mentre il più recente standard Mini-Atx (2005) ha ulteriormente diminuito le dimensioni per adattarsi alla tecnologia delle Cpu mobile. Successivamente il produttore di chipset VIA Technologies ha introdotto lo standard Epia (noto come Itx) che ha definito ulteriormente lo small form factor per ottimizzare dimensioni e consumi della motherboard Pc:
•    Mini-Itx (17 x 17 cm) per thin clients e set-top box;
•    Nano-Itx  (12 x 12 cm) per set-top box, media center, automotive e sistemi di piccolo spessore;
•    Pico-Itx  (10 x 7,2 cm) configurabile a stack;
•    Mobile (7,5 x 4,5 cm) per soddisfare per applicazioni medicali, automotive e militari.
La recente introduzione da parte di VIA Technologies dello Small Form Factor Neo-Itx ha portato le dimensioni della board Pc a quella di uno smartphone. In tal modo è possibile avere a disposizione un Pc di formato smartphone con sistema operativo Android a un costo incredibilmente basso. L'Apc si basa sullo Sff Pc factor Neo-Itx, utilizza il WonderMedia Arm processor e integra la memoria di sistema e quella di massa e un set di I/O che supportano le applicazioni consumer. La scheda dispone di tutto quanto serve a farla operare come un Pc desktop, pur avendo un formato smartphone: la tastiera, il mouse e il monitor. Dispone anche di un browser e di una serie di applicazioni preinstallate che consentono di realizzare un completo Pc delle dimensioni di uno smartphone. Il nuovo Neo-Itx form factor misura 17 x 8,5c m ed è contenuto in qualsiasi chassis Mini-Itx o microAtx, garantendo in tal modo anche i requisiti di robustezza industriale. L'Apc consuma solo 4 watt quando opera in modalità idle e 13.5 watt in condizioni di massimo carico, cioè 10 volte meno di un Pc standard. Queste prestazioni lo rendono particolarmente idoneo a soddisfare requisiti applicativi dove il basso consumo e le piccole dimensioni sono determinanti per il successo dell'applicazione. La connettività e il trattamento di informazioni multimediali sono requisiti emergenti nella applicazioni embedded. Apc integra una versione ottimizzata di Android con una dotazione hardware ottimizzata per l'accesso a Internet. Include anche un acceleratore per i formati video più richiesti e rende disponibile una eccezionale qualità multimediale ad altissima definizione, sia in streaming dalla rete, sia in riproduzione offline. Le sue caratteristiche funzionali sono:
•    Sistema operativo Android ottimizzato
•    Supporto Tv ad alta definizione
•    Hardware acceleration per i formati video
•    Porte Vgae Hdmi
•    4 porte Usb 2.0
•    1 slot microSD
•    1 porta 10/100 Ethernet
•    Audio-out/ Mic-in
•    VIA WonderMedia Arm 11 SoC
•    2GB Nand Flash
•    512 DDR3 Sdram
•    Alimentatore da 15 W

Il format PC/104e e le applicazioni smartphone
Il formato PC/104 è uno dei più piccoli formati di scheda Sff per l'implementazione di Pc embedded. Grazie alla disponibilità di Cpu con caratteristiche di natura SoC (System-on-Chip) questo tipo di formato di solo 9,562 x 9,144 cm, introdotto nel 1994 dal PC/104 Consortium, non si è affatto obsoletato, ma con le emergenti esigenze di embedding di natura smartphone e di connettività WiMax è diventato più forte, anche in virtù delle piccolissime dimensioni. Il formato PC/104, oltre a essere piccolo, ha il vantaggio di consentire lo stacking, permettendo in tal modo di integrare nel sistema opzioni hardware non previste dalla piattaforma Pc come per esempio gli acceleratori computazionali application specific di natura software programmabili (come i Dsp) o hardware programmabili (come le Fpga). Ciò significa che un sistema basato su PC/104 risulta scalabile e flessibile molto più di quanto consentano altri standard Sff. La scheda di Soundance SMT105 è una Slb (Soundance Local Bus) carrier che si basa sul formato industrial PCIe/104. Questa è dotata di una grossa Fpga Virtex 5 per supportare i task di elaborazione in maniera efficiente e veloce. La Fpga integra anche il core PowerPc. Le caratteristiche sono:
•    Slb Carrier
•    Virtex5 Fpga con integrato il core PowerPc
•    512Mbyte DDR2 memory
•    3 banchi di QDRII memory 72Mbit (2Mx36)
•    USB2 Interface verso Fpga
•    Interfacce RS232
•    MicroSD/Transflash
•    4-lane e 1-lane di interfaccia PCIe
•    2 moduli Fibre
La modularità del PC/104 consente di ottenere con lo stacking un sistema compatto e dotato delle funzionalità essenziali all'applicazione. Per esempio, con il modulo MST103 che incorpora 2 transceiver Maxim WiMax che operano a 2.5 GHz (MAX2837 - IEEE802.16-2004), il sistema dispone della capacità RF necessaria alle applicazioni WiMax. I transceiver integrano un amplificatore di potenza, un mixer receive/transmit, un amplificatore a basso rumore, i filtri di ricezione e trasmissione, il sintetizzatore, il Vco, il controllo automatico del guadagno, e il controllo della potenza di trasmissione per operare nella banda 2.4-2.7 GHz. I segnali RF sono accoppiati con un front-end mixed signal di Analog-Devices che integra due Adc a 12 bit da 50 Msps e due Dac a 12 bit da 200 Msps per la conversione analogica e digitale necessaria per le applicazioni WiMax.

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