יותר גמישות של הממשקים ופונקציות ניהול נוחות
מאת: יניב משה
Kontron הציגה לאחרונה שני חידושים בממשקים: I/O ניתן לתכנות באמצעות FPGA ותוכנת ביניים אחידה לגישת I/O למשאבי חומרה ממשקים. שני החידושים נועדו להקל ולהאיץ משמעותית את המימוש הספציפי ליישום של לוחות מחשבים משובצים. לא רק שהתכנון של ה-I/O עולה לרמה חדשה של גמישות, אלא גם כל הממשקים נעשים קלים יותר לניהול.
במקביל להשקת הפלטפורמה המשובצת הראשונה בעולם המבוססת על סדרת המעבדים החדשה ™E6x5C Intel® Atom עם ה-FPGA המשולב Altera Aria II במארז רב שבבי אחד, Kontron הכריזה על המחשב עם הלוח האחד ®MICROSPACE ועל COM Express™ Starterkit המציע לוח בסיסי עם FPGA המאפשר תצורות I/O גמישות. בנוסף, Kontron הודיעה שבעתיד כל הגדלים הפיזיים התקניים יהיו מצוידים ב-Kontron EAPI (ממשק משובץ לתכנון יישומים של Kontron) מאוחד. באמצעות תוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות החדשה הזאת Kontron תיקננה והאחידה את הגישה והבקרה של משאבי החומרה בכל פלטפורמות המחשוב המשובצות החדשות שלה.
“גמישות צריכה תקנים”, הגדיר נורברט האוזר במסיבת העיתונאים והסביר את ההצגה המקבילה של תקני API לגישת ה-I/O וההגדלה בו-זמנית בתמיכת I/O בפלטפורמות x86 באמצעות FPGA. ה-API המאוחד נועד להציע ללקוחות יותר נוחות ביישום רכיבים תקניים כדי לחסוך בעלויות מו”פ, להפחית את זמן ההגעה לשיווק ולהבטיח מעבר קל בין לוחות. כל הגורמים האלה במשולב מובילים גם לצמצום עלות הבעלות הכוללת (TCO). בנוסף, היישום של FPGA נועד לתמוך במגמה של I/O הניתנים לתכנות באופן גמיש המאפשרים לבצע ביעילות הרבה ביותר ממשקים ישנים או דרישות I/O תעשייתיות ספציפיות.
מנקודת מבט טכנית, ה-FPGA מעניין מאוד משום שהוא סולל את הדרך לתחום שלם של אפשרויות. בנוסף, שבב ה-FPGA מיושם על לוח ה- ™PCIe/104 עם המעבד ™Intel® Atom על רכיב רב שבבי של ® Intel כך שהיישום הזה מציע תמיכת ® Intel מלאה באמצעות מפת הדרכים המתאימה. השילוב הזה מתאים מאוד כפתרון מרכזי במגזר ההספק הנמוך.
SBC PCIe/104TM עם סדרת המעבדים Intel® AtomTM E6x5C
המחשב עם הלוח היחיד Kontron
®MICROSPACE מבוסס על סדרת המעבדים החדישה Intel® Atom™ E6x5C וכולל מעבד ™Intel® Atom ו-FPGA Altera Arria® II המוצמדים באמצעות ™PCI Express במודול רב שבבי. ה-SBC החדש מציע רמה גבוהה מאוד של גמישות בשביל I/O או אלגוריתמים ספציפיים ליישום או ישנים תוך כדי חיסכון במקום. I/O ספציפיים ללקוח מבוצעים דרך ממשק כרטיס הביניים המהיר (HSMC).
תצורות זרמי סיביות (bitstreams), שעברו תיקוף, זמינים ל-I/O תעשייתיים כגון CAN-Bus, ממשקים טוריים (SPI Master/UART) ו- PCI-Express I2C ו-GPIO. תצורות FPGA תעשייתיות אחרות נמצאות בפיתוח. יצרני ציוד מקורי צריכים רק את זרמי סיביות התצורה המתאימים וכרטיס ביניים מהיר (HSMC) כדי לבצע את הממשק. בשביל I/O ייעודי אף יותר, Kontron יכולה גם ליצור, לתקף ולאמת FPGA-IP כשירות תוכנה.
ייעודיות – הפתיחות החדשה
הגמישות החדשה שמציגה סביבת
ה- x86/FPGA באמצעות זרמי סיביות הקיימים והעתידיים שלה יחד עם ממשק ה-HSMC הופכים את Kontron PCIe/104™ MICROSPACE® MSMST לחלופה מעניינת לפלטפורמות RISC ייעודיות. הלקוחות מקבלים את הגמישות של FPGA עם ביצועים של x86 במודול רב שבבי משולב, וערכת השבבים התקנית כבר לא נחוצה. זה סולל את הדרך ליישומים ייעודיים אפילו יותר קומפקטיים ומשתלמים מבחינת עלויות שאפשר לספק להם תחום חדש של פונקציות פשוט באמצעות שינוי התכנות של ה-FPGA. המשמעות של זה עבור הלקוחות היא שדרוגים מהירים יותר, יותר גמישות בתכנון וזמינות ארוכת טווח של ה-IP. לקוחות עם רמה גבוהה של דרישות פרטניות מקבלים בה בעת את האפשרויות לממש את הדברים הייחודיים האלה בפלטפורמות רב תפקודיות מסחריות מהמדף רק באמצעות התוכנה, כדי להבטיח את השימוש של ה-IP הזה בטווח הארוך. בסך הכל, פלטפורמה כזאת מציעה אפשרויות רבות ליותר גמישות, לדוגמה, ליישומי אתרנט תעשייתיים, I/O ישן או תכנונים קנייניים. חריץ ה-HSMC אידיאלי להערכת אפשרויות תכנון פרטניות. המחשב עם לוח אחד ממוצב בעיקר כלוח הערכה לתכנונים ספציפיים ללקוח שמבצעים יצרנים, ש-Kontron מספקת על בסיס המעבד החדש הניתן להגדרה הזה ™Intel® Atom. אבל הוא גם ישים כפתרון מסחרי מהמדף לסדרות קטנות וגדולות יותר משום שפונקציות ה-I/O הבסיסיות כבר יושמו.
COM Express™ FPGA Starterkit
ההשקה המקבילה של COM Express™ FPGA Starterkits מדגישה שהיישום של FPGA הוא אסטרטגיה חיונית עבור Kontron. בלוח הבסיסי עם ה-FPGA Altera Cyclone IV GX יש שני חריצי HSMC והוא גמיש יותר לביצוע I/O. יתר על כן, הלוח יכול לשלב מחשבים על מודולים (COM) תואמי ™COM Express סוג 1, סוג 10 וסוג 2. המפתחים מקבלים מידה רבה של גמישות בבחירת הביצועים המדרגיים של המעבד ובביצוע ה-I/O הספציפי. Kontron COM Express™ FPGA Starterkit מתאימה כפלטפורמת ההערכה האידיאלית לתכנונים מבוססי FPGA וממוטבי עלויות המסתמכים על I/O ייעודי שהותאם באופן פרטני. התצורה הפרטנית של חיבורי המעבד וההתקנים ההיקפיים מבוצעת תוך דקות מרכיבי המדף המסחריים. אם הפרמטרים הבסיסיים של החומרה עברו תיקוף, הפיתוח של יישומי התוכנה והפיתוח של הלוח הבסיסי המתאים הספציפי ללקוח יכולים להתבצע במקביל. יצרני הציוד חוסכים בזמן פיתוח ועלויות ויכולים לקצר את זמן ההגעה לשוק של פלטפורמת ה-FPGA הייעודית שלהם. הלקוחות מרוויחים מהמימוש המבוסס FPGA של I/O גם את הרמה הגבוהה של פתיחות וגמישות, המאפשרת שדרוגים, שינויים וגם הקפאה של IP.
פלטפורמות היעד עבור I/O מבוסס x86 ו-FPGA הן תכנונים ייעודים מותאמים באופן מלא ללקוח עם לוחות בסיסיים פרטניים עם מחשבים על מודולים מדרגיים. לשתי הפלטפורמות Kontron מציעה שירותי פיתוח וייצור הכוללים ניהול מהדורות והתעדות ספציפיות לענפי תעשייה כגון ITAR או ISO 13485 לציוד רפואי. שוקי היעד של I/O מבוסס FPGA על פלטפורמות מעבדי x86 הם למעשה בלתי מוגבלים, משום ש-FPGA יכולים לכסות כמעט את כל ה-I/O שקיימים. I/O מוגדרי חומרה מפנים את הדרך ל-I/O גמישים מוגדרי תוכנה. רק התצורה של FPGA והצורה המכאנית של הממשק מגדירים את הI/O, ובכך משנים את האופן שבו מפתחים ובונים פלטפורמות x86.
גמישות מצריכה תקנים
היבט אחר שנובע מיישומים של FPGA, הוא הגישה לפונקציות PC תקניות באמצעות יישומי תוכנה ספציפיים ללקוח. לשם כך Kontron מאחידת עכשיו את הגישה הזאת באמצעות תוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות Kontron EAPI (ממשק משובץ לתכנון יישומים של Kontron) בכל הלוחות התקניים וזה חל גם על יישומי ה-I/O הייעודיים מבוססי ה-FPGA. מפתחי יישומים מרוויחים מממשקים, ספריות ופונקציות API מקיפים ומאוד מפותחים לאחזור מידע מכל פלטפורמות המחשוב המשובצות החדשות של Kontron. עם ערכת פונקציות מורחבת משמעותית, Kontron EAPI תואמת ל-PICMG® EAPI, אבל בלתי תלויה בגדלים פיזיים ובמערכות הפעלה. בנוסף, Kontron EAPI מאפשרת גם פונקציות ניהול ובקרה מרחוק שיכולות להוביל לשירות משופר, תחזוקה פשוטה יותר ועלות בעלות כוללת נמוכה יותר באופן כללי.
המוצרים הראשונים עם Kontron EAPI הם לוח האם המשובץ של Kontron KTQ45, המחשב על מודול Kontron COM Express™ nanoETXexpress-SP ו-Kontron MICROSPACE® MPCX Box PC. כל הפלטפורמות החדשות שיוצגו אחרי ההשקה של Kontron EAPI יתמכו בתוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות הזאת. אפשר לקשר את ממשק התוכנה לכל שפת תכנות עילית, לדוגמה C++ או ג’אווה. היעד של Kontron EAPI הוא להפחית עלויות פיתוח. באמצעות Kontron EAPI המשתמשים יכולים לבצע את החלפת הטכנולוגיות הזאת משמעותית יותר מהר וקל. בנוסף, המורכבות של הגישה למשאבי חומרה ו-I/O היא בהתאם לתקנים בכל הפלטפורמות המשובצות.
בתשובה לשאלה האם Kontron EAPI מבדלת את עצמה מגישות פתרון אחרות דירק פינסטל, סמנכ”ל הטכנולוגיות של Kontron AG, הסביר שכבר קיימים כמה תקנים כמו IPMI ו-PICMG® EAPI. אבל מפרטים אלה מוגבלים לגדלים פיזיים מסוימים. במקרה של Kontron EAPI הפונקציות שולבו מתוך התקנים ונכרכו לחבילת תוכנת ביניים תקנית נרחבת שהמשתמשים יכולים להתקין באופן בלתי תלוי בגודל הפיזי ובמערכת ההפעלה. Kontron משוכנעת שלקוחות רבים יקבלו בברכה את הממשק האחיד הזה, כי Kontron EAPI מביאה ערך אמיתי משום שהוצאות המו”פ מופחתות והמעבר יכול להתבצע הרבה יותר בקלות. אפשר גם להתחיל להעריך עם COM ולוח בסיסי ולאחר מכן לבצע את היישום עם לוח אם או מודול VPX. צריך ליצור רק לוח אחד במקביל להשקה של מעבד חדש ובהמשך לכך אפשר להשיק עוד לוחות ולבצע תכנון מותאם ספציפית. הודות לכך הלקוחות מרוויחים מהזמינות של הטכנולוגיות החדישות ביותר לכל הגדלים הפיזיים המתאימים במקביל להתחלת הזמינות של המעבדים. המעבר הרבה יותר פשוט וכתוצאה מכך החיסכון בזמן דרסטי למדי, ויכול להתבטא אחר כך בהשקה המהירה בשוק של הפתרונות החדישים ביותר.
חידוש עולמי: Kontron מציעה את המחשב עם הלוח היחיד (SBC) המשובץ PCIe/104 הראשון המשלב מעבד Intel Atom מסדרת E6x5C עם FPGA (רכיב אלקטרוני מתוכנת) Altera במודול רב שבבי אחד המתאים לשימוש בתחום הטמפרטורות המורחב.
פלטפורמת הפיתוח האידיאלית לתכנוני x86 מבוססי FPGA: Kontron COM Express FPGA Starterkit
חבילת תוכנת הביניים (middleware) חוצת הפלטפורמות Kontron EAPI מפשטת את הגישה לפונקציות של החומרה בכל הגדלים הפיזיים.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת קונטרון.
PCIe/104TM SBC עם סדרת המעבדים
Intel® Atom™ E6x5C החדישה ביותר
Kontron PCIe/104™ MICROSPACE® MSMST עם זיכרון DRAM מובנה של עד 1.3 GHz ו-2 GB כולל מעבדים מסדרת Intel® Atom™ E6x5C, שהם מעבד ™Intel® Atom ו-FPGA Altera Arria® II המוצמדים באמצעות ™PCI Express במודול רב שבבי. השילוב של אפשרויות I/O ספציפיות למשתמש רבות מבוצע “באופן קונבנציונלי” באמצעות אפיק ה- ™PCI-Express של הלוח תואם ה-™PCIe/104 או – וזה חדש – באמצעות ממשק HSMC. הלוח מתוכנן לטווח הטמפרטורות המורחב של -40 °C עד +85 °C ובכך מתאים לתנאי סביבה קשים. מאיץ המדיה הגרפי ממוטב הביצועים של ®Intel עם עד 128 MByte, 18/24 Bit LVDS וממשק SDVO משולב במעבד. אותות הווידיאו מועברים דרך לוחות מדיה אופציונליים ל-VGA או DVI. SPDIF (יציאה) וסטריאו אנלוגי 2 x בשביל קו יוצא וכניסת מיקרופון זמינים כאופציות לאותות אודיו HD. ניתן לחבר אמצעי אחסון דרך 2x SATA300. 2 x USB 2.0 ו-1 x Gigabit LAN אופציונלית קיימים כממשקים נוספים. ה-TPM (trusted platform module) מבטיח רמה גבוהה של אבטחה ואמינות הודות להצפנת חומרה של כל הנתונים המועברים. לוח ה-Kontron MICROSPACE® MSMST תומך ב- Windows, Linux ו-VxWorks. מערכות הפעלה נוספות זמינות לפי בקשה. דגמים קדם סדרתיים זמינים עכשיו, הייצור הסדרתי יתחיל ברבעון השני של 2011.
ערכת הפונקציות של Kontron COM Express™ FPGA Starterkit
עבור המפתחים ה-Starterkit עם מצב הפיתוח הגדל של ה-IP עבור Altera Cyclone IV GX FPGA תהפוך לפלטפורמה אוניברסלית לתצורות I/O רבות. התצורה הזמינה הראשונה עבור ה-Starterkit החדשנית הזאת להערכת FPGA עבור תכנוני x86 היא לדוגמה שילוב אידיאלי של המודול המאוד קטן ותואם COM Express™ nanoETXexpress-TT. כל הרכיבים שנחוצים להתחלה מיידית מסופקים ב-Starterkit. בלב ה-Starterkit נמצא הלוח הבסיסי עםCOM Express™ FPGA. מספר רב של I/O מבוצעים בשני חריצי ה-HSMC, שלא כולם ממומשים באמצעות רכיבים ייעודיים אלא פשוט באמצעות Altera Cyclone IV GX FPGA. בתצורה הראשונה יש מיטוב של הלוח הבסיסי של Kontron COM Express™ FPGA עם שני כרטיסי HSMC ותצורת FPGA ליישומי אוטומציה ותמונות. אבל אפשר גם להגדיר מחדש את התצורה של FPGA דרך כבל ההורדה USB-Blaster שמסופק. ספק כוח וערכת הרכבה משלימים את ערכת הפונקציות. דגמים קדם סדרתיים ראשונים של Kontron COM Express™ FPGA Starterkit עבור מחשבים על מודולים סוג 1 / 2 / 10 עם Altera FPGA משולב ושני HSMC זמינים עכשיו. הייצור הסדרתי מתוכנן לרבעון הראשון של 2011.
הכיוונון של ממשקי התוכנה
תוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות Kontron EAPI, ש-Kontron תתמוך בה בכל הלוחות התקניים החדשים תואמת באופן מלא ל-EAPI של ה-®PICMG במפרט העדכני ביותר של ™COM Express, מהדורה 2 COM.0 ומרחיבה את הפונקציונליות שלו. יתר על כן, Kontron EAPI ניתן ליישום ללא קשר לגודל הפיזי החל מ-A עבור ®AdvancedTCA ועד V עבור VPX. גישה מרוחקת זמינה לכל הפונקציות דרך האינטרנט. המפתחים מרוויחים מה-EAPI של Kontron הודות לרמה הגבוהה של האמינות של ממשק תכנות תקני יחד עם הנוחות הרבה שמספקת ערכת הפונקציות המורחבת.
