Wydajność Intel Xeon w kompaktowym formacie PC/104. Poznaj CMX34KB firmy RTD

Rozwój systemów wbudowanych coraz częściej wymaga pogodzenia pozornie sprzecznych założeń. Komputer powinien zajmować jak najmniej miejsca, a jednocześnie zapewniać wydajność potrzebną do analizy danych, obsługi wielu interfejsów oraz współpracy z rozbudowanym zestawem urządzeń peryferyjnych. Do tego dochodzą wymagania związane z temperaturą pracy, odpornością konstrukcji i możliwością utrzymania systemu przez wiele lat. W takich projektach nie zawsze sprawdzi się klasyczny komputer przemysłowy. Czasami potrzebna jest platforma, którą można budować warstwa po warstwie, dobierając moduły komunikacyjne, pomiarowe, pamięci masowe i dodatkowe interfejsy dokładnie do potrzeb konkretnej aplikacji. CMX34KB firmy RTD Embedded Technologies pokazuje, że format PC/104 nie musi oznaczać kompromisu w zakresie wydajności. Procesory Intel Xeon i możliwość rozbudowy płyty w dwóch kierunkach sprawiają, że ta kompaktowa konstrukcja może stać się podstawą znacznie bardziej zaawansowanego systemu, niż sugerowałyby jej wymiary.

CMX34KB jest jednopłytkowym komputerem wyposażonym w magistralę PCIe/104, przeznaczonym do systemów, które muszą przetwarzać dane lokalnie, komunikować się z wieloma urządzeniami i pracować w warunkach odbiegających od typowego środowiska biurowego.

Intel Xeon w komputerze PC/104

CMX34KB jest dostępny w trzech wariantach procesorowych. Podstawowa wersja wykorzystuje dwurdzeniowy procesor Intel Core i3-7102E, obsługujący cztery wątki i pracujący z częstotliwością 2,1 GHz. Dla bardziej wymagających aplikacji producent przewidział procesory Intel Xeon E3-1505L v6 oraz Intel Xeon E3-1505M v6.

Oba układy Xeon oferują cztery rdzenie i osiem wątków. Model E3-1505L v6 pracuje z częstotliwością bazową 2,2 GHz i osiąga do 3,0 GHz w trybie Turbo. Wariant E3-1505M v6 zapewnia natomiast częstotliwość bazową 3,0 GHz oraz maksymalnie 4,0 GHz w trybie Turbo. Wszystkie dostępne procesory należą do siódmej generacji układów Intel i współpracują z chipsetem Intel CM238. Platforma obsługuje również technologię wirtualizacji Intel VT-x.

Takie możliwości pozwalają wykorzystać CMX34KB nie tylko jako sterownik realizujący pojedyncze zadanie, lecz także jako jednostkę odpowiedzialną za jednoczesną obsługę komunikacji, akwizycję danych, wizualizację i lokalne przetwarzanie informacji. W zależności od wersji procesora można dobrać platformę zarówno do aplikacji wymagających umiarkowanej wydajności, jak i do systemów wykonujących wiele operacji równolegle.

Pamięć lutowana bezpośrednio na płycie

Każdy wariant CMX34KB wyposażono w 16 GB dwukanałowej pamięci DDR4 SDRAM o szybkości transmisji 2400 MT/s. Pamięć jest montowana powierzchniowo, bezpośrednio na płycie, co eliminuje gniazda i ruchome połączenia charakterystyczne dla wymiennych modułów RAM.

W aplikacjach pracujących w obecności drgań lub narażonych na częste zmiany temperatury takie rozwiązanie może mieć istotne znaczenie dla niezawodności całego systemu. Pamięć obsługuje również korekcję błędów ECC, która pomaga wykrywać i korygować błędy danych pojawiające się podczas pracy.

Na płycie znajduje się także przemysłowy dysk flash SATA o pojemności 60 GB. Producent zastosował w nim mechanizmy równomiernego zużycia komórek, korekcji błędów i zarządzania uszkodzonymi blokami. Dysk obsługuje funkcję SMART, a ochronę przed zapisem można włączać lub wyłączać z poziomu BIOS-u. Dzięki wbudowanej pamięci masowej komputer może działać bez dodatkowego dysku w podstawowej konfiguracji, a jednocześnie pozostaje gotowy do dalszej rozbudowy.

System budowany warstwa po warstwie

Najbardziej charakterystycznym elementem CMX34KB jest magistrala PCIe/104 Type 2. Umożliwia ona umieszczanie kolejnych modułów zarówno nad płytą procesorową, jak i pod nią. Co ważne, magistrale przeznaczone do rozbudowy w górę i w dół są od siebie oddzielone.

W każdym kierunku dostępne są cztery linie PCI Express x1 oraz dwie linie PCI Express x4 zgodne z trzecią generacją PCIe i pracujące z szybkością do 8 GT/s. Do modułów rozszerzeń wyprowadzono również porty SATA 3.0, USB 3.0, SMBus, sygnały zasilacza ATX oraz połączenie baterii zegara czasu rzeczywistego. Łącznie platforma oferuje cztery połączenia PCIe x4 i osiem PCIe x1.

Taka konstrukcja daje projektantowi dużą swobodę. Do jednostki procesorowej można dodać wyspecjalizowane moduły wejść i wyjść, interfejsy komunikacyjne, kontrolery pamięci masowej albo karty przeznaczone do akwizycji sygnałów. System zachowuje przy tym zwartą budowę, ponieważ nie wymaga klasycznej płyty bazowej z długimi gniazdami rozszerzeń.

Rozbudowane interfejsy już na płycie

CMX34KB zapewnia dwa interfejsy Gigabit Ethernet oparte na kontrolerach Intel I210-IT. Obsługują one automatyczną negocjację prędkości, ramki Jumbo Frame oraz uruchamianie systemu przez sieć z wykorzystaniem PXE.

Komputer oferuje również pięć portów USB 3.0. Jeden z nich jest dostępny na złączu Type A, natomiast cztery pozostałe wyprowadzono przez magistralę PCIe/104. Do dyspozycji są ponadto porty USB 2.0 oraz pięć dodatkowych interfejsów SATA – jeden dostępny na złączu danych i cztery wyprowadzone przez górną oraz dolną część magistrali rozszerzeń.

Istotnym elementem wyposażenia są cztery porty szeregowe RS-232/422/485. Ich tryb konfiguruje się w BIOS-ie, bez konieczności zmiany położenia zworek. Interfejsy obsługują szybkość transmisji do 1 Mb/s, mają bufor FIFO o pojemności 512 bajtów oraz funkcje takie jak automatyczne sterowanie liniami RTS i CTS czy eliminowanie echa. Pozwala to sprawnie integrować komputer zarówno z nowszymi urządzeniami, jak i ze starszą infrastrukturą wykorzystującą komunikację szeregową.

CMX34KB udostępnia także 14 zaawansowanych cyfrowych wejść i wyjść aDIO. Obejmują one programowalny port ośmiobitowy z rozbudowanymi trybami przerwań, port czterobitowy konfigurowany jako wejście lub wyjście oraz dwa sygnały strobujące, które mogą pracować jako wejścia.

Obraz 4K i sprzętowa ochrona danych

Za obsługę obrazu odpowiada układ Intel HD Graphics P630. Wyjście DisplayPort 1.2 obsługuje rozdzielczość 4K oraz transmisję dźwięku. W zależności od potrzeb sygnał można przystosować do standardu VGA, DVI lub HDMI.

W każdym wariancie płyty znajduje się również moduł TPM 2.0. Umożliwia on sprzętowe przechowywanie kluczy kryptograficznych i może być wykorzystany do zabezpieczania dostępu do systemu, ochrony danych oraz weryfikowania integralności uruchamianego środowiska. W przypadku urządzeń instalowanych poza kontrolowaną serwerownią sprzętowa podstawa ochrony informacji staje się coraz ważniejszym elementem całej architektury.

Przygotowany do pracy w wymagających temperaturach

CMX34KB zaprojektowano z myślą o systemach, w których temperatura otoczenia może znacząco się zmieniać. Wersje z procesorem Intel Core i3-7102E oraz Xeon E3-1505L v6 mogą pracować w zakresie od -40 do +85°C. Model z procesorem Xeon E3-1505M v6 jest przeznaczony do pracy od -40 do +75°C. Temperatura przechowywania dla platformy wynosi od -40 do +85°C.

Standardowe wyposażenie obejmuje zoptymalizowany termicznie radiator z miniaturowym wentylatorem sterowanym automatycznie. Producent oferuje również zmodyfikowane radiatory, płaskie rozpraszacze ciepła oraz wariant przeznaczony do montażu do płyty chłodzącej. System monitoruje temperaturę i może ograniczyć częstotliwość procesora, aby zapobiec niekontrolowanemu wzrostowi temperatury.

Sama płyta ma wymiary około 99,7 × 90,17 mm. Niewielki format ułatwia zabudowę w kompaktowych urządzeniach, a zasilanie napięciem 12 V DC upraszcza integrację z typowymi instalacjami urządzeń mobilnych i przemysłowych.

CMX34KB  – platforma do systemów, które nie mogą być przypadkowe

CMX34KB wyróżnia się przede wszystkim połączeniem procesora Intel Xeon, pamięci ECC, lutowanego dysku flash oraz dwukierunkowej rozbudowy PCIe/104. Nie jest to więc typowy komputer jednopłytkowy przeznaczony wyłącznie do realizacji prostych funkcji sterujących. To baza do budowy wyspecjalizowanego systemu, którego konfigurację można dokładnie dopasować do liczby czujników, wymaganych interfejsów i rodzaju przetwarzanych danych.

Platforma może znaleźć zastosowanie w mobilnych systemach pomiarowych, urządzeniach do monitorowania infrastruktury, komputerach pokładowych, systemach transportowych, automatyce maszyn, robotyce, diagnostyce oraz zaawansowanych urządzeniach wykorzystywanych w sektorze lotniczym i obronności. Duża liczba interfejsów komunikacyjnych sprzyja także zastosowaniom modernizacyjnym, w których nowy komputer musi współpracować zarówno z aktualnymi urządzeniami Ethernet i USB, jak i ze starszymi elementami wykorzystującymi porty szeregowe.

Z perspektywy CSI S.A. CMX34KB jest interesującą propozycją przede wszystkim dla projektów, w których standardowy komputer przemysłowy nie zapewnia odpowiedniej elastyczności. Możliwość budowania zwartego stosu modułów, dostępność procesorów Intel Xeon, pamięć ECC oraz praca w szerokim zakresie temperatur pozwalają stworzyć platformę dopasowaną do konkretnego urządzenia, zamiast dostosowywać całe urządzenie do ograniczeń gotowego komputera.