SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Одноплатный компьютер Kontron CP308: суперсовременные мультимедийные интерфейсы для сектора CompactPCI 3U

В индустрии встраиваемых систем новые 45-нанометровые процессоры меняют устоявшуюся практику проектирования изделий уровня плат и приводят к появлению инновационных продуктов, значительно расширяющих горизонты пользователей по части реализации в системах различных передовых технологий. Данная статья посвящена одноплатному компьютеру пятого поколения Kontron CP308, позволяющему разработчикам решать мультимедийные задачи любой степени сложности на испытанной аппаратной платформе CompactPCI.

ЗАО «РТСофт», г. Москва

RTSoft_new_Site.gif


Плата Kontron CP308 международного холдинга Kontron, выполненная в формфакторе CompactPCI 3U, характеризуется высочайшей производительностью, поддерживает огромные объемы памяти и имеет беспрецедентно широкие интерфейсные возможности в области мультимедиа. Создание такой машины стало возможно лишь благодаря новым 45-нанометровым полупроводниковым технологиям. Для рынка CompactPCI 3U данное изделие очень необычно: по ряду фундаментальных свойств оно совершенно не похоже на другие продукты формата CompactPCI 3U, предлагаемые как холдингом Kontron, так и другими производителями. Эти свойства позволяют позиционировать плату CP308 как продукт для самых передовых приложений в области обороны, транспорта, ответственных промышленных систем, телекома и уникального приборостроения.


Краткая характеристика продукта

Продукт CP308 – это высокопроизводительная CompactPCI-машина нового типа, оснащающаяся встраиваемыми процессорами Intel Core 2 Duo нового поколения (рис. 1). Данные процессоры изготавливаются по технологическим нормам 45 нм, имеют два ядра, работают на частотах до 2,26 ГГц и заключаются в микрокорпуса SFF (Small Form Factor), занимающие на печатной плате очень мало места. Благодаря применению новых «мобильных» ЦП и чипсетов изделие Kontron CP308 является, как любят говорить специалисты, сбалансированным продуктом в смысле энергопотребления и производительности. Это означает, что производительность у него огромная, а энергопотребление весьма умеренное, что позволяет данному продукту обходиться без активного охлаждения и существовать в версиях для температурного диапазона –40...+85 °С. Принципиально важно и то, что используемые на плате СР308 процессор и чипсет принадлежат к так называемой встраиваемой (embedded) производственной программе Intel, для которой гарантируется длительный (не менее 5 лет) серийный жизненный цикл. Это означает, что время серийной доступности Kontron СР308 составит от 5 до 7 лет и более, что чрезвычайно важно для многих приложений, которым эта машина адресована.

pic1.jpg

Рис. 1. Одноплатный компьютер Kontron CP308 оснащается новыми 45-нанометровыми
процессорами Intel Core 2 Duo в корпусах SFF с кешем L2 до 6 Мбайт, может иметь
до 8 Гбайт оперативной памяти и поддерживает мультимедийное расширение
с интерфейсами High Definition Audio (HD Audio, HDA), HDMI и DisplayPort

Kontron CP308 оснащен быстрой и недорогой памятью SODIMM DDR3 объемом до 8 Гбайт, бортовым флеш-накопителем типа NAND с интерфейсом USB, поддерживает защитную технологию TPM (Trusted Platform Module) и спецификацию системного управления IPMI 1.5, имеет контроллер HD Audio в базовой комплектации и может работать с дисковыми массивами RAID типов 0, 1, 5 и 10. Данное изделие ориентировано на те задачи, где оборудование эксплуатируется в жестких условиях, свободное пространство ограничено и существует потребность в расширении функциональности и повышении производительности с использованием проверенной временем аппаратной базы. Все версии CP308 охлаждаются пассивным радиатором и выдерживают значительные механические нагрузки: вибрацию до 5 g и удары до 30 g, что соответствует стандартам для защищенного оборудования.

В двухслотовых конфигурациях шириной 8HP плата CP308 может быть дополнена расширением CP308-HDD (дисковое) или CP308-MEDIA (дисково-мультимедийное, далее – мультимедийное). Дисковое расширение, как следует из его названия, добавляет к базовой функциональности продукта 2,5‑дюймовый жесткий диск (опционально – твердотельный диск) с интерфейсом Serial ATA, а также дополнительные порты USB 2.0, в том числе для флеш-памяти NAND, и унаследованные интерфейсы (DVI, PS/2, COM, CompactFlash). В конфигурации с дисковым расширением СР308 может быть легко использован для модернизации существующих систем, где в настоящее время применяются другие защищенные CompactPCI-машины холдинга Kontron: СР302, СР303, СР306 и СР307.

Важнейшей особенностью CP308 и его новым конкурентным преимуществом является доступность мультимедийного расширения CP308-MEDIA с двумя портами DisplayPort, сохраняющими обратную совместимость с видеоинтерфейсами HDMA, DVI и VGA (при использовании адаптеров) и подходящими для подключения самых различных средств визуализации, от аналоговых ЭЛТ-мониторов до самых современных и даже еще не существующих плоских панелей. Другим важным достоинством данного расширения являются звуковые входы и выходы для размещенного на основной плате контроллера HD Audio AD1884A. Также в наличии интерфейсы Serial ATA для 2,5-дюймового накопителя, порт для подключения SDHC-карты, порт расширения Mini PCI Express и CompactFlash.


Машина нового типа

В исходной конфигурации или в конфигурации с обычным дисковым (не мультимедийным) расширением машина Kontron CP308 предназначена: 1) для модернизации существующих систем и 2) для создания новых систем с классической функциональностью, то есть является великолепной, но в некотором смысле типичной «новой моделью» в составе устоявшейся продуктовой линейки. Однако, как только в поле зрения оказывается мультимедийное расширение, становится ясно, что CP308 – это явление иного порядка.

pic2.jpg

Рис. 2. Разъем DisplayPort с кабелем


Мультимедийное расширение

Главным концептуальным отличием Kontron CP308 от всех прочих машин данного класса является именно мультимедийное расширение, носящее название Kontron CP308-MEDIA; все прочие реализованные в продукте CP308 архитектурные изменения были этим расширением логически обусловлены. Чтобы обеспечить эффективное взаимодействие основной платы с быстрыми портами DisplayPort, инженерам Kontron потребовалась 16-канальная шина PCI Express, что в свою очередь привело к оптимизации и изменению типа и расположения соответствующих наплатных разъемов расширения.


Смена платформы

С архитектурной точки зрения продукт СР308 серьезно отличается от предыдущих процессорных плат формата CompactPCI 3U, поскольку в случае СР308 наплатный ввод/вывод организован на базе шины PCI Express. В этом смысле, как говорят в автомобильном мире, СР308 выполнен на «новой унифицированной платформе». Все будущие машины формата CompactPCI 3U, относящиеся к классу Rugged, будут выполняться специалистами холдинга Kontron на этой платформе, что, однако, никак не помешает пользователям апгрейдировать при помощи платы СР308 существующие системы. Новые расширения для СР308 будут совместимы со всеми последующими изделиями Rugged-серии, то есть фактически «разрыв» в обеспечении обратной совместимости, явившийся следствием обеспечения поддержки новых мультимедийных интерфейсов, будет существовать очень недолго и останется незамеченным для пользователей. У всех последующих моделей, начиная с Kontron CP309 и выше, будут меняться типы и объемы ОЗУ, типы и скорости процессоров, форма радиаторов, расположение интерфейсов Serial ATA и многие другие парамет­ры. Но разъемы для подключения фирменных расширений Kontron будут оставаться прежними и располагаться в тех же местах, что и у Kontron CP308.


Бортовой аудиоконтроллер

Наличие контроллера HD Audio непосредственно на борту Kontron CP308 – это настоящий подарок для многих пользователей оборудования CompactPCI. Не секрет, что сегодня на рынке CompactPCI сложилась противоречивая ситуация. Мезонины и дополнительные платы формата CompactPCI 3U с функциональностью звуковых карт становятся все недоступнее; между тем в ряде CompactPCI-приложений актуальность звуковых карт с течением времени возрастает, несмотря на рост популярности USB 2.0 в качестве аудиоинтерфейса. Реализация современного звукового контроллера на самой процессорной плате – это изящный выход из положения: функциональность звуковой карты предоставляется по умолчанию, а разработчики, избавленные от необходимости покупки дополнительного оборудования, могут расходовать доступные слоты объединительной панели более рационально.


Современные мультимедийные интерфейсы в индустрии ВКТ

Концепции HDMI и DisplayPort зародились в рамках общекомпьютерной стратегии развития средств мультимедийного ввода/вывода, заключающейся в переходе от аналоговых сигналов к цифровым и от специализированных интерфейсов, способных передавать данные лишь какого-то одного типа, к интерфейсам универсальным, подходящим для передачи данных сразу нескольких разных типов. Применительно к мультимедиа это выражается в постепенном отказе от аналоговых видеопортов и в интеграции видео со звуком.


Интерфейс HDMI

Технология HDMI изначально разрабатывалась как интегрированный аудиовизуальный интерфейс для бытовой техники (телевизоров и т.п.), то есть возможность передачи сразу и видео, и аудиосигналов присутствует в ней изначально. Причем видеочасть HDMI совместима с унаследованной технологией DVI на электрическом уровне. По сути, порт HDMI – это выполненный в новом разъеме интерфейс DVI, к которому добавлена поддержка многоканального цифрового звука и механизма защиты от копирования HDCP (High Bandwidth Digital Copy Protection). Интерфейсами HDMI оснащаются почти все выпускающиеся сегодня бытовые плоские панели и будут оснащаться ими еще лет десять.

Пропускная способность интерфейса HDMI составляет от 4,9 до 10,2 Гбит/с, максимальная длина кабеля без дополнительных усилителей – 1,5 м. Последняя версия спецификации HDMI за номером 1.4 поддерживает видеорежимы от 1920 × 1200 × 60 Гц × 48 бит/пиксель до 4096 × 2160 × 24 Гц ×24 бит/пиксель. Аудиочасть HDMI предусматривает наличие восьми 24-разрядных звуковых каналов с частотой дискретизации 192 кГц. И этим возможности технологии HDMI далеко не исчерпываются; достаточно сказать, что в версии 1.4 появился реверсивный звуковой канал (Audio Return Channel – ARC), а также функция HDMI Ethernet Channel (HEC), обеспечивающая 100-мегабитное Ethernet-соединение между устройствами.


Интерфейс DisplayPort

Технология DisplayPort, поддерживаемая компаниями AMD (ATI), Dell, Intel, Hewlett-Packard, Molex, Nvidia, Philips и Samsung Electronics, – это открытый международный стандарт, одобренный ассоциацией VESA, который могут использовать все желающие без каких-либо отчислений правообладателям. Основной причиной его разработки является не мизерная экономия на лицензионных выплатах, а желание отказаться от DVI как от базовой технологии. Сегодня технология DVI в своем исходном виде и в виде HDMI прекрасно справляется с задачей вывода видео на современные средства отображения, но разрешения будут расти, а возможности совершенствования у DVI и HDMI ограниченны. Как уже говорилось выше, максимальное разрешение, поддерживаемое интерфейсом HDMI версии 1.4, составляет 4096 × 2160, однако достигается такой результат за счет уменьшения глубины цвета до 24 бит/пиксель, что вполне терпимо, и уменьшения частоты обновления до 24 Гц, что, мягко говоря, уже не очень хорошо.

Технология DisplayPort призвана преодолеть как ограниченность интерфейса DVI, так и ограниченность интерфейса LVDS. В настоящее время по своей максимальной пропускной способности, составляющей 8,64 Гбит/с при длине кабеля 2 м, интерфейс DisplayPort немного уступает последней версии технологии HDMI, однако уже совсем скоро соотношение сил изменится. Новая версия стандарта DisplayPort, принятие которой ожидается в этом году, будет обладать вдвое увеличенной пропускной способностью, что позволит осуществлять вывод в разрешениях до 3840 × 2400 с частотой 60 Гц при 8-битной глубиной цвета на каждом цветовом канале. А это уже существенно превышает возможности интерфейса HDMI v1.4. Еще более впечатляющими преимуществами технология DisplayPort обладает по сравнению с интерфейсом LVDS, которым оснащаются многие современные плоские панели. Чтобы поддерживать разрешение XGA, интерфейс LVDS должен содержать 16 проводников, для разрешения UXGA потребуется уже 20 проводников. Технология DisplayPort позволяет уменьшить эти числа в несколько раз – до 2 (!) и 8 проводников соответственно.

У интерфейса DisplayPort есть и ряд других достоинств, в числе которых удобный и надежный USB-подобный разъем с опциональными защелками (рис. 2), механизмы защиты от копирования HDCP и DPCP (DisplayPort Content Protection), опциональная поддержка до восьми 16/24-разрядных звуковых каналов с частотой дискретизации до 192 кГц, возможность организации внутренних межчиповых соединений, длина кабеля до 15 (!) метров (в режимах до 1920 × 1080 × 60 Гц × 24 бит/пиксель), возможность использования «лишних» каналов для обеспечения взаимодействия с сенсорными панелями, камерами, микрофонами и даже USB-устройствами. Отметим, что технология DisplayPort демонстрирует неплохую динамику роста и при использовании специальных адаптеров совместима со всеми существующими в природе видеоинтерфейсами, начиная с HDMI и заканчивая аналоговыми портами VGA. В таких условиях поставщикам и пользователям следовало бы снабжать свое оборудование либо интерфейсами обоих типов (HDMI и DisplayPort), либо только портами DisplayPort, которые совместимы со всем на свете и благодаря защелкам имеют повышенную механическую надежность. С учетом специфики рынка ВКТ наиболее оптимальным, мудрым и дальновидным следует признать второй путь, поскольку он, как и первый, означает гарантированную возможность подключения к абсолютно всем – старым, новым и перспективным – средствам визуализации, но требует меньшего числа проводников и физических интерфейсов. Этим путем и пошли инженеры Kontron, разработав для своего нового продукта CP308 мультимедийное расширение именно с портами DisplayPort, которое наряду с контроллером HD Audio и мощнейшим процессором основной платы позволит создавать уникальные мультимедийные решения для командных пультов специального назначения, а также для различных диспетчерских и операторских систем, требующих высокой надежности.


Исчерпывающее решение

В базовой комплектации CP308 поддерживает VGA-устройства. Дисковое расширение CP308-HDD добавляет поддержку технологии DVI, что сделано для обеспечения совместимости со всем парком ранее выпущенного оборудования. Таким образом, изделие CP308 с дисковым расширением либо без него может использоваться для модернизации существующих систем по классическому типу: повышение производительности, увеличение объемов доступной памяти и т. п. Однако благодаря наличию мультимедийного расширения это же самое изделие может использоваться для модернизации существующих систем с добавлением поддержки самых современных аудио- и видеоинтерфейсов, а также для создания совершенно новых систем, где такая поддержка предусмотрена изначально. Когда мы говорим о необычности продукта Kontron CP308, мы имеем в виду именно «нейтивную» поддержку современных мультимедийных технологий. Эта поддержка выражается в наличии контроллера HD Audio на борту самой процессорной платы и в доступности интерфейсов DisplayPort и HDMI для пользователей оборудования CompactPCI 3U в одной из стандартных конфигураций этой же платы – конфигурации с мультимедийным расширением. И сама плата Kontron CP308, и ее мультимедийное расширение существуют в версиях для температурного диапазона –40...+85 °C и удовлетворяют повышенным требованиям к ударо- и вибростойкости, что имеет принципиальное значение для многих ВКТ-задач.

Подводя итог, можно сказать, что Kontron CP308 – это ультрасовременный ВКТ-продукт пятого поколения с высочайшим вычислительным и мультимедийным потенциалом. Трудно придумать такую задачу, связанную с выводом аудио- и видеоданных, которую нельзя было бы решить при помощи данного изделия как сегодня, так и в среднесрочной перспективе. А поддержка визуализации в высоких разрешениях сразу по двум перспективным технологиям, поддерживаемым ведущими производителями средств отображения, позволяет использовать CP308 для построения самых современных человекомашинных интерфейсов.


Актуальный продукт

Абсолютное большинство современных встраиваемых компьютерных технологий являются не чем иным, как лучшими общекомпьютерными технологиями, которые доказали свое право на жизнь в мире офиса, а затем были спроецированы на рынок Embedded с учетом особенностей решающихся на нем задач. Разрабатывая CP308, наделенный принципиально новой для сектора CompactPCI 3U мультимедийной функциональностью, холдинг Kontron не создавал рыночные тенденции, а лишь следовал им. В отношении аудио- и видеоинтерфейсов даже самые революционные инициативы холдинга Kontron, как и индустрии ВКТ в целом, всегда будут вторичны по отношению к технологиям общекомпьютерного рынка. Если в сегментах ПК, ноутбуков и серверов мы наблюдаем постепенный отказ от портов VGA и намечающийся отказ от интерфейсов DVI (которые ввиду существования более прогрессивных альтернатив также успели приобрести статус унаследованных), не нужно быть пророком, чтобы предсказать, какие именно тренды в области мультимедиа будут иметь место на рынке встраиваемых систем в ближайшие годы. Kontron оказался первым крупным производителем, который осознал неизбежность прихода технологий HDMI и DisplayPort на рынок ВКТ и отразил это в своем продуктовом предложении уже сегодня, ускорив тем самым развитие отрасли встраиваемых систем по мультимедийному вектору без ущерба для энергоэффективности, производительности, сетевой функциональности и т. д. Получается, что CP308 – это отнюдь не «сферический конь в вакууме», не умо­зрительная конструкция, обретшая плоть и кровь по прихоти одного отдельно взятого холдинга, а объективно назревшая сущность, которая просто не могла не появиться на свет. Роль компании в истории, как и роль личности, заключается не в том, что она творит историю по своему произволу, а в том, что она оказывается в правильном месте и в правильное время, располагая возможностями совершить то, что должно быть совершено.


Эпилог

Клиентам холдинга Kontron из сектора CompactPCI 3U доступно множество опций. Если, несмотря на весьма высокую устойчивость платы Kontron CP308 к воздействию ударов и вибрации, клиент хочет приобрести продукт с полностью запаянной памятью, ему имеет смысл обратить внимание на предыдущую модель – Kontron CP307. Если производительность и иные возможности продуктов CP308 и CP307 являются для него избыточными и/или бюджет клиента ограничен, на помощь придут изделия из бюджетной линейки Kontron CompactPCI 3U Value Line и/или новое низкостоимостное решение – Kontron CP305. Но лучшим выбором для перспективных человекомашинных интерфейсов, иных мультимедийных задач и всех тех защищенных и незащищенных приложений, где нужна высочайшая производительность плюс большие объемы памяти, является Kontron CP308.

Малоформатная плата Kontron CP308 имеет огромные вычислительные ресурсы при очень скромном энергопотреблении и способна радикально менять подходы к созданию самых различных встраиваемых систем: от радиолокатора до пульта управления энергообъектом. По этой причине Kontron CP308 можно рассматривать не только как основу для построения исключительно мультимедийных систем, но и как мощный встраиваемый компьютер общего назначения, прекрасно подходящий для управляющих приложений, но обеспечивающий при этом доступ к самым современным мультимедийным функциям. Kontron CP308 – это настоящий прорыв как с сугубо инженерной точки зрения, так и в плане стратегий ведения бизнеса, т. к. при помощи данного продукта можно создавать конечные системы с большим набором самых современных свойств.

Кроме того, Kontron CP308 позволяет получить функциональность и производительность целого крейта вкупе с поддержкой современных мультимедийных устройств отображения на одной плате формата CompactPCI 3U и является действенным инструментом защиты инвестиций, поскольку обеспечивает совместимость как с уже существующими, так и с перспективными средствами вывода аудиовизуальной информации. На этом основании плату Kontron CP308 можно считать «антикризисным» продуктом (который не задумывался как антикризисный, но оказался таковым в нынешних условиях в силу своих потребительских свойств).

Можно констатировать, что современные «нанотехнологические» процессоры из семейства Intel Embedded Roadmap позволили холдингу Kontron вывести на рынок оборудования CompactPCI 3U перспективный флагманский продукт – продукт ближайшего пятилетия, существенно расширяющий горизонты разработчиков в смысле манипулирования себестоимостью, производительностью, интерфейсной функциональностью и другими параметрами конечных решений. Уже очень скоро на данном рынке появится множество других изделий с такими же или похожими свойствами от других брендов, однако CP308 останется в истории как продукт, изменивший представления людей о том, какими должны быть одноплатные компьютеры формата CompactPCI 3U в конце первого десятилетия XIX века, а холдинг Kontron – как гибкий инновационный производитель, чутко отслеживающий глобальные тенденции и имеющий достаточно смелости для их реализации в своем продуктовом предложении.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(24)_2009

В.В. Бретман, директор направления базовых аппаратных 
и программных средств для АСУТП, ЗАО «РТСофт»,
Л. Акиншин, обозреватель журнала «МКА: мир ВКТ», 
тел.: (495) 967-1505, 742-6828,
e-mail: pr@rtsoft.ru, www.rtsoft.ru