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Halle 12,
Stand 404
Embedded Motherboard oder Singleboard?
Funktionalität und
Flexibilität entscheiden
Leistung, Größe und Schnittstellenangebot bestimmen primär die
Wahl des passenden Formfaktors. Bei Kontron, in diesem Segment mit
einem breiten Produktprogramm vertreten, sieht man verschiedene
weitere Aspekte, die bei der Entscheidung für ein Embedded Computer
Board nicht außer Acht gelassen werden sollten.
Der Wahl eines passenden Formfaktors muss zunächst die Ermittlung des erforderlichen Funktionsumfangs vorausgehen. Erstes Entscheidungskriterium ist
bei Motherboards und Singleboard-Computern zunächst das Featureset. Viele
Embedded-Applikationen haben zwar einen eher geringen Schnittstellenbedarf,
trotzdem ist das Erweiterungspotenzial
ein entscheidender Faktor für die Auswahl der passenden Embedded Computing-Plattform.
Unmittelbar mit dem quantitativen
Schnittstellenbedarf korreliert auch die
Größe eines Formfaktors. Je mehr Funk-
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tionen oder Erweiterungsoptionen das
Board bietet, umso größer fällt der Formfaktor aus. Dagegen steht, je kleiner der
Platzbedarf eines Embeddded-Computers ist, umso mehr Flexibilität hat ein
Konstrukteur, etwa bei der Auslegung eines Handheld-Geräts. Insofern fordert
der Markt zunehmend kleinere Formfaktoren.
ATX-kompatible Motherboards
werden immer kleiner
Der Trend hin zu kleineren Formfaktoren
lässt sich sehr gut an der Entwicklung im
Bereich der klassischen Motherboards er-
kennen: Der Ursprung aller derzeit verfügbaren Motherboards ist der ATXFormfaktor mit 671 cm2 (305 x 220 mm).
Von Intel 1995 definiert, hat er auch heute noch seine Gültigkeit.
Mit zunehmender Integration der Bauelemente ist es möglich, mehr Funktionen auf das Board zu bringen, wodurch
der Bedarf an Erweiterungsschnittstellen
sinkt. So konnten immer kleinere, zu ATX
mechanisch kompatible Formfaktoren
geschaffen werden: Micro-ATX hat eine
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Größe von rund 595 cm (244 x 244 mm),
2
Flex-ATX von rund 435 cm (228,6 x 190,5
2
mm) und Mini-ITX von letztlich 289 cm
AUTOR
Dipl.-Kfm. Univ. Martin Bodenschatz
ist Product Manager Standard Components bei der Kontron Embedded
Modules GmbH, Deggendorf.
Tim Jensen ist Sales & Marketing
Manager bei der Kontron Technology
A/S, Hørsholm, Dänemark.
IEE 50. Jahrgang 1/2-2005
KOMPAKT
Fortsetzung folgt
Die Embedded Computer Technology
hat eine Vielzahl von Formfaktor-Standards für handelsübliche StandardHardware (COTS) hervorgebracht. Jeder Formfaktor hat dabei seine Daseinsberechtigung, weil aus jeder Applikation spezifische Anforderungen
resultieren. Ein Überblick vergleicht
die Vor- und Nachteile von ATX,
PC/104, PCI-104, EPIC, 3,5“ sowie von
5,25“ bzw. EBX. Sie stellen neben anderen Formfaktoren die wichtigsten Produkte am Markt dar.
Neben den hier dargestellten, maßgeblichen Formfaktoren werden in
den folgenden Ausgaben der IEE noch
zwei weitere Segmente beleuchtet:
für komplexere Lösungen Slot-CPUs
(PIGMG 1.0, PICMG 1.2, PISA, ISA, PCI)
oder CPU-Baugruppen für passive
Backplanes (Compact PCI 3HE/6HE,
VME)
für individuelle, kundenspezifische
Baseboards einer der Computer-OnModule-Standards wie ETX, ETXex2
press, SOM, STX, E Brain, DIMM-PC
oder X-board.
(170 x 170 mm). Die Anzahl der Steckplätze für applikationsspezifische Erweiterungen nimmt dabei – ausgenommen
des AGP-Slots für Grafik – konstant ab:
Während ATX in der Regel sechs PCI-Erweiterungssteckplätze bietet, sind es bei
Micro- und Flex-ATX nur noch drei und bei
Mini-ITX nur noch einer. Bislang sind diese Steckplätze für PCI-basierte Erweiterungskarten ausgelegt und lassen eine
Geschwindigkeit von 133 MByte/s zu. Derzeit vollzieht sich jedoch ein technologischer Wandel vom parallelen PCI-Bus hin
zum seriellen PCI-Express-Bus (kurz PCIe)
mit 250 MByte/s bei PCIe-x1-Steckplätzen. Im Rahmen dieser Entwicklung weichen PCI-Steckplätze mehr und mehr
PCIe-Steckplätzen.
Ob und wann sich auf industriefesten
Motherboards PCI-Express in voller Band-
breite durchsetzen wird, hängt jedoch
von der Verfügbarkeit entsprechender Erweiterungsbaugruppen ab. Erste verfügbare PCIe-x1-Erweiterungskarten bieten
beispielsweise RAID, SCSI, SATA, Firewire,
Gigabit-LAN, Video- oder FramegrabberFunktionen. Darüber hinaus sind bereits
viele Hochleistungs-PCIe-x16-Grafikkarten am freien Markt erhältlich.
Um beide Wege offen zu halten, stellt
Kontron bespielsweise zur Embedded
World zwei neue Motherboards vor, die
sowohl PCI- als auch PCIe-Erweiterungsoptionen haben: Das ATX-Motherboard
889LCD/ATX mit Pentium-4 oder Celeron-Prozessoren ist mit zwei PCIe-x1Steckplätzen für I/O-Baugruppen und einem PCIe-x16-Steckplatz für z. B. Grafikoder ADD2-Karten bestückt. Vier klassische PCI-Steckplätze sind weiterhin vor-
Das ATX-Motherboard 889LCD/ATX
mit Pentium-4- oder
Celeron-Prozessor ist
mit zwei PCIe-x1-,
einem PCIe-x16- und
vier PCI-Steckplätzen
bestückt.
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handen. Das kleinere Industrial MicroATX-Motherboard 889LCD/ATXU stellt je
einmal PCIe-x1 und PCIe-x16 sowie zweimal PCI zur Verfügung.
PC/104: Höhere Performance
fordert Platz
Seit vielen Jahren in der Industrie etabliert sind die Embedded SingleboardComputer nach dem PC/104plus-Stan2
dard. Sie haben eine Größe von 111 cm
(116 x 96 mm), etwas mehr als ein Drittel
von Mini-ITX. Dieser Platz reicht für
Prozessor, Chipsätze und Standardschnittstellen sowie Steckplätze für zwei
PCI- und/oder ISA-Bus-basierte PC/104I/O-Karten. Neben dem eklatanten Größenunterschied zu den Motherboards
unterscheiden sich PC/104-basierte
Singleboard-Computer von diesen durch
das physikalische Interface: Statt dem
Standard-PCI-Stecker kommen PressfitSteckverbinder zum Einsatz, über die Erweiterungsbaugruppen parallel zum SBC
gesteckt werden können. Diese Anordnung spart jede Menge Platz gegenüber
konventionellen 90°-PCI-Steckplätzen.
Minimaler Platzbedarf gepaart mit flexibler Erweiterungsoption haben dazu
beigetragen, dass sich PC/104 zum Standard für kleinste Embedded-Systemlösungen auf Basis handelsüblicher Standard-Hardware (COTS) entwickelt hat.
Highspeed-Desktop-Prozessoren passen
jedoch nicht mehr auf diesen Formfaktor.
Auch Pentium-M-Prozessoren lassen sich
nicht mehr spezifikationskonform einbauen. Kontron hat deshalb den Footprint von PC/104-CPU-Baugruppen auf
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149,94 m (102 x 147 mm) erweitert, so
dass solche CPUs außerhalb des Erweiterungsbaugruppen-Footprints platziert
werden können. Diese von Kontron als
speedMOPS bezeichneten Lösungen erlauben eine optimale Kühlung der Hochleistungs-CPUs (auch größer als Intel
Pentium III) und unterstützen dabei normenkonform alle existierenden und
kommenden PC/104-I/O-Erweiterungsboards. Die Abmessungen dieser Boards
entsprechen dem 3,5“-SBC-Formfaktor.
Das Normungsgremium für PC/104 hat
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EMBEDDED WORLD
mit PCI-104 eine Alternative entwickelt,
mit der bei gleichem Footprint nur noch
PCI unterstützt werden soll, um Platz für
neuere Prozessoren zu schaffen und ISAlose Systeme entwickeln zu können. Kontron sieht jedoch den wesentlichen Vorteil bei PC/104 im PCI-Bus inklusive der
weiteren Unterstützung des ISA-Busses
für einfache Applikationen. Aus diesem
Grund bleibt man bei der klassischen PC/
104-Spezifikation, zumal durch die Ausweitung von speedMOPS auf 3,5“ auch
ein evolutionärer Pfad entstanden ist, der
mit dem Umstieg auf JFLEX-Baugruppen
gleichzeitig auch mehr Platz für I/O-Baugruppen bietet.
EPIC wird zum Motherboard
für PC/104-I/Os
Eine weitere Formfaktor-Neuerung im
Sektor PC/104 nennt sich EPIC: Der Anfang 2004 in Amerika vorgestellte MiniMotherboard-Formfaktor mit einer Grö2
ße von knapp 189 cm (114,3 x 165,1 mm)
findet seine Erweiterung über PC/104I/O-Baugruppen. EPIC-Boards unterstützen dabei sowohl PC/104- als auch PC/
104plus-Erweiterungsbaugruppen, vorausgesetzt der Hersteller setzt nicht
ausschließlich auf PCI-Logik für PC/104.
Mit diesem gegenüber dem speedMOPS
noch größeren Footprint können auch
neueste Technologien wie PCI-Express
eingesetzt werden. EPIC ist daher ein
ideales Konzept, um etablierte PC/104(plus)-Technologien weiterzuführen und
diese gleichzeitig mit neuesten Technologien zu verbinden. Neben Kontron un-
Formfaktoren im Vergleich
terstützen derzeit Ampro, Micro/sys,
Octagon Systems, VersaLogic und WinSystems diesen neuen Formfaktor.
3,5“ Boards – vom Wildwuchs zum
offenen Standard
Lange Zeit hat der Formfaktor 3,5“ mit
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knapp 150 cm (102 x 147 mm) ausschließlich die Abmaße standardisiert, nicht jedoch das Layout der Boards und die Anbindung von Erweiterungsbaugruppen.
Insofern waren 3,5“-Boards zwar Formfaktoren, aber kein Standard, der Boards
und I/O-Baugruppen skalierbar und austauschbar macht.
Um diesem Wildwuchs ein Ende zu bereiten, hat Kontron bei den 3,5“-JRexCPU-Baugruppen ein einheitliches Pinout definiert und mit JFLEX auch einen
kabellosen I/O-Standard für zwei parallel
montierte Erweiterungsboards geschaffen. Letzterer wurde 2004 zur kostenlo-
Auf den PC/104plusSteckplatz des EPIC/
CE-Motherboards
können sowohl
PC/104- (ISA) als auch
PC/104plus-Baugruppen (ISA und PCI) gesteckt werden, alle
anderen physikalischen Schnittstellen
für den internen und
externen Anschluss
von Peripherie sind
standardisiert.
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TRENDS & TECHNOLOGIE
sen Nutzung offengelegt. Zu den Vorteilen von JFLEX gegenüber z. B. PC/104 zählen die meistens kabellose und damit
preiswertere Systemtechnik, der PCI-Bus
plus LPC-Bus anstelle PCI/ISA sowie die
vollständige SMT-Fertigung gegenüber
SMT plus Press-Fit. Auf Grund dieser Argumente unterstützten bereits vor der
Offenlegung 19 Firmen die Validierung
des Standards mit der Entwicklung von
I/O-Baugruppen.
5,25“- bzw. EBX-Formfaktor
verliert an Bedeutung
Der Formfaktor 5,25“ SBC bzw. EBX ist mit
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296 cm (203 x 146 mm) etwas größer als
Mini-ITX. Die Standardisierung beschränkt sich hauptsächlich auf die Befestigungslöcher und die Abmaße. Weitergehende Bestrebungen gab es zwar
bei EBX, konnten aber nicht durchgesetzt
werden. Ungünstig für die Systemintegration ist auch das faktisch für jede
Schnittstelle nötige Kabel. Auch bietet
die gegenüber Mini-ITX etwas größere
Platinenfläche durch die zunehmende Integrationsdichte kaum Vorteile, weshalb
aller Voraussicht nach Mini-ITX die Formfaktoren EBX bzw. 5,25“ ersetzen wird.
KONTAKT
Embedded Computer-Produkte 757
Kontron
www.kontron.de
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