MicroMax Computer Intelligence, Inc.

Ampro Computers, Inc.

Dolch Computer Systems

PAV Data Systems Ltd.

Rambler's Top100



HotLog online dating service
HotLog
HotLog доставка цветов

Промышленные компьютеры (... или встраиваемые системы например)

Перегрузите ваш утюг

Будущее. Счастливый обладатель новейшей, например, стиральной машины включает ее в сеть вдруг видит на крохотном ЖК-дисплейчике покрытом сенсорным стеклом до боли знакомую картинку загрузки Windows (CE например). Далее запускается диалог вгоняющий в краску нескромными вопросами о составе и качестве грязного белья, загруженного в бункер. Облегченно коснувшись пальцем финального квадратика ОК на экране некто наконец слышит гул мотора, на экране появляется шкала процентной прогрессии стирки анимированная сверху грязными тряпочками вылетающими из корзины, белеющими на лету до кондиций «тети Аси» и укладывающимися справа в аккуратные стопочки...

Сколько крепких выражений успеет сказать водитель авто в ответ на сообщение бортового компьютера об экстренной остановке через 15 секунд для перезагрузки компьютера из за деления на нуль, когда стрелка спидометра стучит о правый ограничитель...

Компьютер невидимка

Встраиваемые ПК (Emdedded PC computers) - направление вызванное к жизни интеллектуальными запросами непрерывно усложняющейся разнообразнейшей техники, не мыслимой сегодня без логического управления. Контроллер (англ. CONTROL - управление) неотъемлем сегодня от любого прибора или агрегата: станка, телевизора или телефона (даже не IP). Технология ПК уже давно успешно играет на этом поле. Индустрия Программируемых Логических Контроллеров (ПЛК или PLC на языке оригинала) вместе с архитектурой х86 получила простой ключ в единое мировое информационное пространство вместе с армиями недорогих, квалифицированных и готовых на все специалистов в области ПК, применимых сразу. Устоявшийся стереотип относит встраиваемые системы к касте промышленных, что верно только в силу основных акцентов проектирования на компактности, надежности, низкой энергоемкости, температурной и механической стойкости изделий. Встроенный компьютер не должен претендовать на особое отношение ни в чем, не должен выделяться на фоне основногой задачи машины, в которой он прописан. Желательно, чтобы и цена его была по возможности малозаметна.

Повязанные Сетью

Модная в АСУТП технология Распределенного Управления (DCS - Distributed Control Systems) успешно преодолевает почти мистическое неприятие непредсказуемого Ethernet, никогда не обещавшего «реального времени», но реально опутавшего своими проводами всю планету. Поборов отвращение к «штатским» сетям технологи АСУТП начали активно осваивать их информационные ресурсы. Обширное семейство дистанционных сенсоров-контроллеров Remote Data Acquisition System (Remote DAS) на базе букета серийных интерфейсов и полевых шин пополнилось модулями разработанными для протокола Ethernet, а где Ethernet там и TCP|IP, Интранет и Интернет. К слову сказать, все дистанционные измерители для Ethernet по сути своей есть не что иное, как минимально совместимые ПК. К беспредельному разнообразию трафика Сети добавляются данные состояния технологических объектов и кнопки управления ими вписанные в HTML-страницы с элементами ActiveX или без оных, на радость технологам, хакерам и специалистам по защите информации.

Все взятое вместе с прогрессом микроэлектроники подвигло множество импортных аналитиков на бравурные пророчества сулящие рынку встраиваемых ПК (Embedded PC) блестящее миллиардно-оборотное и самое недалекое будущее. Однако технотронный апокалипсис массового сумасшествия бытовой техники в стиле «Газонокосильщика» не так уж нереален, уже на сегодняшнем уровне развития индустрии встраиваемых ПК.

Серийные встраиваемые ПК в процентах АТХ

Little Board P5x. Маленькая Доска с Большим Потенциалом.

«Маленькая Доска» - дословно Little Board (далее LB) - серия системных плат стандарта EBX (Embedded Board eXpandable - Встраиваемые Платы Расширяемые см. www.motorola.com например), производства компании Ampro Computers (www.ampro.com). Стандартом предписана геометрия плат 140х203 мм (подмножество стандартных плат 6Ux160 мм, равно пригодных для автономной работы или монтажа в крейты евромеханики). Стандарт же регламентирует периферийные интерфейсы соответствующие стандарту PC/104-Plus (см. www.controlled.com/pc104). Метод наращивания периферии - само-несущий многоэтажный мезонин (self-stacking mezzanine - «этажерка»). Расширяемость лимитирована несущей способностью обоих используемых интерфейсов: PC/104 (аналог ISA) или РС/104-Plus (аналог PCI и ISA), а именно: все четыре или менее нагрузок PCI должны располагаться у подножья этажерки и до шести нагрузок ISA допустимы на «верхних этажах». Мерный шаг периферийных мезонинов 0.6 дюйма (15.2 мм) определяет максимальную высоту сборки 152 мм. Калиброванные межплатным шагом монтажные ножки обеспечивают прочное четырехточечное крепление плат между собой и необходимый натяг стыковки интерфейсных разъемов. Системная плата LB-P5x (одна или вместе с периферией) устанавливается на любую поверхность достаточного размера на металлических стойках и намерво крепится по шести точкам резьбовыми соединениями, отнюдь не пластиковыми «кнопочками».

Допустимые вычислители «доски» модели LB-P5x: стандартный Pentium MMX P55C (до 233 МГц) и в этом случае нижний предел операционной температуры упирается в нуль Цельсия а процессор требует стандартного вентилятора охлаждения; но с учетом специфики более поппулярна версия Pentium VRT (Voltage Reduced Technology - технология пониженного напряжения) только 133 МГц, но позволячющего опустить и планку допустимой рабочей температуры до минус 40, и вентилятор процессора (радиатора в большинстве случаев достаточно); маскимум мощности и температурной стойкости при минимуме потребления достигается применением процессора Tillamook (мобильная версия Pentium MMX от Intel) доступного в двух скоростях 166 и 266 МГц. Основной микросхемный набор Intel 82439ТХ North Bridge обеспечивает высокую производительность платы и поддерживает до 256 Мбайт быстрой памяти SDRAM или EDO. Вторичная кэш память - 256 Кбайт. Тестировать встраиваемые платы как-то не принято, у них другие задачи и критерии годности, но LB-P5x в принципе не должна спасовать перел коммерческими платами аналогичного наполнения.

Статистика показывает активное применение любых Pentium совместимых процессоров на встраиваемых платах формата EBХ или близких к ним, однако в основном встречаются стандартные (коммерческие) версии процессоров (Intel, AMD, IBM, Cyrix), автоматически ограничивающие рабочие температуры, усложняющие термостабилизацию и увеличивающие энергоемкость. Серийное применение Tillamook на встраиваемых платах (ЕВХ-в том числе) отмечено впервые и с этими процессорами платы вполне подлежат заточению в герметичные всепогодные корпуса (мобильные приборы и другие системы полевого класса) без опасности тепловых ударов. Мобильные версии Pentium II (исполнение МСС-2) хорошо знакомы по новейшим генерациям ПК-блокнотов, освоены они производителями стандартных промышленных компьютеров (напр. Teknor модель 943) и встречаются в исполнении CompactPCI (напр. Ziatech ZT5540; ZT 5531). Однако одноплатные встраиваемые компьютеры этими процессорами пока не избалованы, по вполне понятным причинам, жесткие критерии энергопотребления и особенно ориентация на расширенные температуры, пока не нашли приемлемого решения.

Набор периферии на борту LB-P5x выглядит излишне громоздким для простой персоналки, но вполне оправдан для управляющего вычислительного комплекса или интеллектуального коммуникатора. Быстрые устройства Видео C&T 69000; Ultra33 DMA и UltraSCSI обслуживаются локальной шиной PCI. Нет проблем с любыми НГМД вплоть до 2.88 МБ. Впечатляют коммуникационные возможности, плата способна общаться с внешним миром девятью путями на множестве языков-протоколов имея на борту: 2 порта RS232 или TTL (режимы переключаются); 2 порта RS232, или 422, или 485; 2 порта USB; ИК порт IrDA (до 4 Мбит/сек) и наконец Ethernet (10-Base-T; 100-Base-Tx - 10/100 Мбит/сек); разумеется принтерный порт IEEE1284. Стандартные устройства таикие как клавиатура, мышь и пищалка-спикер подключаются обычным образом. Видеосистема - «лебединая песнь» безвременно скупленной Chips & Technology (ныне Intel Graphics). Микросхема C&T 69000 содержит внутри 2 МБ быстрой видео памяти SDRAM и умеет работать как со стандартными ЭЛТ дисплеями так и с большинством плоских панелей на уровне оригинального цифрового интерфейса. При этом одновременно видеовывод может осуществляться на ЭЛТ-монитор, обычный телевизор (NTSC) и ЖК-панель, а кроме того существует цифровой масштабируемый видеоввод (Zoomed video input для ввода информации в реальном времени с цифровых камер, сканеров и сканирующих камер и пр). Адаптер поддерживает универсальный интерфейс ЖК панелей PanelLink. Все вместе с GUI-акселератором вполне оправдываеи название-девиз HiQVideo (High Quality Video).

В принципе Видео, SCSI и Ethernet для встраиваемых систем роскошь, поэтому эти подсистемы могут быть, по желанию пользователя, физически удалены с платы (депопуляция) с высвобождением энергетические ресурсов и понижением температурного фона.

Надежность и автономность платы контролирует программируемый стоожевой таймер Watchdog (выдача команды сброса RESET для перезагрузки при потере питания , зацикливанияя или остановке процессора) в паре с разъемом для псевдо-диска (эмулятор крутящегося дисковода на базе флэш-ППЗУ) CompactFlash (до 48 сейчас и 70 Мбайт в близкой перспективе). Несмотря на разнообразие функционалов плата потребляет единственное напряжение питания 5 Вольт в объеме не более 20 Ватт при максимальной конфигурации (Tilamook 266, ОЗУ 256 МБ). Все остальные потребные номиналы напряжений (3.3, 1.9, 12) вырабатываются преобразователями на самой плате.

Климатическая стойкость изделия вполне допускает его использование в предельно жестких условиях в диапазоне температур от -40 до +85 (только Pentium VRT или Tillamook) при механических перегрухках до 50-кратных. На потребительском уровне такие данные платы отвечают возможнеости полной герметизации системы для установки на любом неотапливаемом объекте, станке, транспортном средстве и вообще под открытым небом в любой сезон. Энергетическая скромность облегчает автономное (батарейное) питание платы вместе с развитой системой мониторинга (Advanced Power Management), снижающего потребление практически до токов утечки в неактивном (sleep, standby) режиме.

MIPS как удельная мощность

Для этой платы мера процессорной мощности может пониматься как в стандартном смысле миллионов-простых-инструкций в секунду так и заменой секунд на квадратные сантиметры, что-то типа удельной мощности на единицу площади. Устройство является еще одним удачным и серийным воплощением Tillamook, ненамного хронологически отставшим от своей предшественницы LB-P5x при том-же авторстве Ampro. Модель Core Module P5e (Core - ядро, сердцевина) - классическое исполнение одноплатного встраиваемого процессора стандарта PC/104-Plus. Размеры 96х98х15 мм, набор периферийных интерфейсов отвечает PC/104-Plus как подмножеству EBX (см.выше). Это те-же 4 нагрузки PCI и до шести ISA. Кубатура требуемая для встраивания этого модуля в чистом виде не превышает объема мыльницы, хотя по возможностям он мало уступает громадным платам ATX. На площади менее квадратного дециметра размещается все что положено иметь ПК вплоть до 128 Мбайт ОЗУ. Не проблема гибкие диски, жесткие Ultra 33 DMA (пара каждого типа). Принтеры (IEEE1284), COM1 - RS232; COM2 - RS232 или TTL; два USB; беспроводной ИК порт IrDA (до 4 Мбит); клавиатура; мышь (PS/2). Флэш-«диск» автономной загрузки запаян на плате намертво в объеме 4 или 8 Мбайт и оформлен в соотвествии с TFFS (True Flash File Systems - Истинная Флэш Файловая Система), компании M-Systems. Функциональность Часовой Собаки Watchdog - см.выше. Питание - 5 Вольт, все остальное плата делает сама. Данные температурной и механической стойкости изделия аналогичны предыдущей «доске», хотя от «маленького» изделия правомерно ожидать большего, по крайней мере в механике (выше характеристики жесткости и вибрационной устойчсивости включая акустику). Идентичность данных в данном случае просто отражает универсальность методики проверки серийных изделий на Ampro.

Волшебники страны ОС

Обе представленные встраиваемые платы являются членами одного семейства и оборудованы базовым BIOS от Award с фирменными надстройками Ampro. Расширения касаются таких непривычных для коммерческих ПК програмнных и аппаратных компонент как псевдо-диски; удаленнная загрузка и перенаправление консольного ввода-вывода со стандартных устройств на любые коммуникационные порты (терминальный режим), ибо далеко не каждая встроенная система нуждается в диалоге с оператором и как следствие в видеосистеме. Идентичность фирменного ПО (firmware) обеспечивает единство перечня Операционных Систем (далее ОС) совместимых с обоими этими компьютерами. Начиная с простейших DR-DOS и MS-DOS компьютеры способны работать также под ПЗУ-базированными версиями DOS - ROMed DOS от Caldera (правопреемники Digital Research в развитии встраиваемых DR-DOS v.7.x), или от самой Microsoft MS-DOS-ROM v.6.22.

В отличие от своих «Дисковых» прототипов ПЗУ версии способны исполняться или непосредственно из ПЗУ (минимальная производительность при минимуме,ресурсов ОЗУ) или в комбинации с теневой копией в ОЗУ для большей отказоустойчивости и скорости. РОМовые версии DOSов обычно очень аппаратно ориентированы и формируются фабрично из исходных кодов.

Традиционно все «доски» Ampro дружны с QNX, а две свеже-представленные совместимы с Microsoft Windows в ассортименте 3.11; 95, 98, NT и наконец Compact Edition (CE).

Последняя ссылка стоит некоторых подробностей. Те, кто обращал внимание на многообещающую новинку Microsoft - встраиваемую ОС Windows CE v.2.1, должны были отметить не только беспрецедентную многплатформенность (множество поддерживаемых процессорных архитектур) и невероятно малую ресурсоемкость (2 MБ ПЗУ и 640 KБ ОЗУ на все графические и коммуникационные изыски, не говоря уже о «Реальном Времени»), но и исключительную специфичность программного интерфейса периферии. Разработчику «клюнувшему» на изысканность сервиса и возможностей СЕ следует забыть о традиционных механизмах доступа к устройствам (порты и адреса) и особенно об ассемблере, а использовать исключительно фирменный уровень абстракции Microsoft OAL (OEM Adaptation Layer). Не искушая пользователя хакерскими наездами на исходные коды c непредсказуемыми последствиями, один из стратегических ОЕМ партнеров Microsoft, компаний Bsquare (www.bsquare.com) поставляет ко всем СЕ-совместимым платам Ampro комплект ПО настройки аппаратуры Xpress Kit уже адаптированный со стороны процессорного модуля Ampro к аппаратным особенностям и BIOS. Деклараруется, легкая и быстрая «прописка» специфической периферии в систему ввода-вывода СЕ, а затем пользователю предсотит просто перекомпилировать свои программы с использованием Microsoft ETK (Embedded Tool Kit - комплекс библиотек дающий возможность стандартному компилятору Visual C генерировать исполняемые коды для СЕ). Блажен, кто верует, хотя звучит неплохо!

Персоналка в «микросхеме»

При встраивании изделия компании ZF Microsystems под именем OEMmodule486 без паяльника обойтись не удастся, модуль собран в едином корпусе с 240 контактами. В реальности это все-же одноплатный процессорный модуль накрытый крышкой, придающей ему вид крупной микросхемы. Размеры 56х76х12 мм, вес 85 граммов. Однако глухой корпус скрывает готовый к работе полнофункциональный ПК с загруженной операционной системой и BIOS. Достаточно припаять модуль и подать питание Внутри корпуса находится вычислительное ядро во главе с процессором 486SX (AMD Elan 410), с трехскоростной «коробкой передач» 33, 66 или 100 МГц. Разумеется низшие скорости имеют смысл только в аспекте снижения энергопотребления системы, которое соответственно составляет 1.5, 2 и 2.5 Ватта. Встроено ОЗУ 2 Мбайт (расширяется до 64 но за пределами устройства). Также во вне адресована периферийная шина ISA. 2 Мбайт Флэш-ППЗУ поделена на две части, стандартный объем 1.44 Мбайт отведен для псевдо-дисковода (программы и данные пользователя) , остальное - служебная зона хранения DOS и BIOS. Механизм резервной загрузки Fail Safe Boot ROM обеспечивает аварийную загрузку в исходном (заводском) варианте из зоны неразрушаемого ПЗУ с восстановлением состояния Флэш-диска, что бы с ним ни сделали аппаратные сбои или программисты. Кроме специфических версий DOS (Caldera и General Software www.gensw.com) изделие OEMmodule (486 версия) также готово принять в ПЗУ Windows CE, без ограничений.

«Жили были три японца...»

Знаменитые японские производители Seiko-Epson (S-MOS); PFU и Okidata совместно породили очень интересное встраиваемое ПК-совместимое решение в стиле «Все в одном» в размере кредитной карточки. Фирманные названия устройств подчеркивают архитектурную общность с платформой х86 без особых фантазий: Card-PC (Epson, PFU); Cardio PC (Epson) или ComPCard (Okidata). Общим-же знаменателем согласованым всем теругольником является спецификация интерфейса и разъем EASI (Embedded All-in-one System Interface - Встраиваемый Все-в-одном Системный Интерфейс). Конструктивно интерфейсный разъем распаивается на некую несущую плату и обеспечивает процессорной карточке лежачее положение параллельно несущей плоскости с возможностью легкого и быстрого снятия и установки. Интерфейс EASI обеспечивает все периферийные каналы включая видео и кроме этого периферийную шину ISA. Сами карточки крайне скромны в габаритах - 86x54x7.7 мм. Максимум мощности ПК собранных в кредитной катрточке отвечает Pentium 233 МГц (PFU Card-PC) причем вместе с полным набором периферии в стиле 2S/1P и видео. Даже раздавив мощным тысячетонным прессом коммерческую системную плату ATX вряд-ли возможно уместить ее в объеме ПК-Карты. Epson и Okidata исполняют свои модули в прочном закрытом металлическом корпусе, не балуя пользователя гибкостью конфигурации в пределах одного изделия, PFU оставляет на произвол объем ОЗУ специальным окошком для модуля DIMM. ПК-Карточки с разъемом EASI используются напримерп известной компанией Parvus (www.parvus.com один из лидеров производства промышленных встраиваемых систем класса PC/104-Plus и PC/104), в качестве основного вычислителя для серии одноплатных компьютеров Scream стандарта РС/104. Большой ассортимент кредитнокарточных ПК обеспечивает гибкую конфигурацию процессорных плат Scream от 486 (16, 33, 40, 75, 100, 133 МГц) до Pentium (133, 166, 233 МГц). Суперплотная интеграция всех этих устройств однако ограничивает их температурный диапазон рамками 0-50°С. Несколько специфично и питание карточкек - они потребляют два номинала 3.3 и 5 Вольт. Отсутствует сторожевой таймер. Все перечисленное ограничивает применимость CardPC в герметизированных необслуживаемых корпусах. Производители адресуют их в основном для исполнения компактных и носимых систем коммерческого класса (PDA, GPS-терминалы и пр.).

Евгений Деревяго
Начальник отдела критических систем MicroMax Computer Intelligence, Inc.