CC BY
35ЕМ-Х270 — платформа для создания встраиваемых мобильных устройств
для промышленных условий эксплуатации
Сергей ЗОЛОТАРЕВ
zolotarev@fiord.com Игорь БУЛГАКОВ
bulgakov@fiord.com
В статье рассматривается полнофункциональная процессорная плата ЕМ-Х270 компании СотрыЬаЬ 1л^, предназначенная для производства заказных карманных (наладонных) и встраиваемых мобильных компьютеров, работающих как в обычных, так и в промышленных условиях эксплуатации (—40...+85 °С). Функциональный состав платы соответствует составу последних поколений КПК и смартфонов, так как включает все типы беспроводной связи, спутниковую и сотовую связь.
Введение
Компания CompuLab Ltd. (Израиль) [1] была основана в 1992 году. Основная сфера деятельности — разработка высокотехнологичной электроники по заказу. Спустя пять лет компания начинает выпуск своей собственной продукции — процессорных модулей CORE (класс Computer-on-Module, CoM), на базе процессора I-960. Следующее поколение процессорных модулей увидело свет в 1999 году. Они были построены на процессоре AMD ELAN SC400 (архитектура х86) и назывались 486CORE. На тот момент это были самые маленькие в мире компьютеры. Успех 486CORE на рынке подтвердил правильность выбранной стратегии, ориентированной на разработку процессорных модулей и одноплатных компьютеров для OEM-производителей.
Сегодня продукцией компании CompuLab пользуется более 400 фирм в 60 странах мира. Функциональные возможности и качество продуктов CompuLab — ключевой фактор, определяющий быстрый рост продаж компании: более чем 200% за прошедшие три года, в то время как рынок встраиваемых компьютерных технологий развивался значительно медленнее. В 2006 году объем продаж процессорных модулей превысил 90 тыс. штук, что сразу позволило компании CompuLab занять одно из ключевых мест на рынке CoM с долей около 20%. Среди основных покупателей компании можно упомянуть таких известных гигантов, как Cisco Systems, Marconi, General Electric, OKI, и многих других. Спектр применений продукции CompuLab
весьма широк: военная и авиационная промышленность, медицинская техника, транспорт, телекоммуникационное оборудование, интеллектуальные сетевые устройства, мини-компьютеры, компьютерная периферия, оборудование для индустрии развлечений. В 2007 году CompuLab выпустила на рынок модуль EM-X270, речь о котором пойдет в этой статье.
EM-X270 — первая плата новой линейки продуктов от CompuLab
Процессорная плата EM-X270 открывает новую линейку продуктов компании CompuLab под названием EmMA (Embedded Mobile Assistant, встраиваемый мобильный помощник). EM-X270 — это полнофункциональная процессорная плата, разработанная для производства специализированных карманных (наладонных)/мобильных компьютеров (рис. 1). Функциональный состав платы соответствует составу последних поколений КПК и смартфонов, включая все типы беспроводной связи, спутниковую и сотовую связь. Плата может использоваться для различных разработок и обеспечивает такую функциональность, какую только может предоставить плата встраиваемого компьютера плюс возможность работы как в обычных, так и в промышленных условиях эксплуатации (-40.. .+85 °C). Плата может поставляться с дисплеем, батареей и зарядным устройством, то есть для получения готового изделия требуется только корпус! Цена EM-X270 при заказе 1 тыс. штук начинается от $122 (с учетом НДС на условиях DDP, Санкт-Пе-
тербург, Россия). При этом заказчик получает годовую техническую поддержку по телефону и электронной почте от CompuLab и дистрибьютора в России, а при необходимости — адаптацию драйверов и верификацию ЖК-панелей.
Плата EM-X270 включает в себя 32-битный RISC-процессор Intel XScale PXA270, SDRAM, Flash-диск и всю необходимую компьютерную периферию. EM-X270 имеет встроенные беспроводные интерфейсы — WiFi, Bluetooth, GPS и сотовый Voice/GPRS-модем. Последний позволяет использовать плату в качестве базы для построения сотовых телефонов.
На плате EM-X270 установлены стандартные для КПК слоты и разъемы. Кроме того, на ней установлен разъем для плат расширения, разрабатываемых заказчиком. Готовые к работе образы программного обеспечения (Windows CE и Linux) доступны для скачивания с сайта компании.
Основные характеристики EM-X270 EM-X270 имеет следующие основные характеристики:
• полнофункциональная плата карманного (наладонного) компьютера;
• процессор Intel XScale PXA270, частота до 520 МГц, 32+32 кбайт кэш, WMMX;
• 128 Мбайт SDRAM ОЗУ, 512 Мбайт Flash-диск;
• сотовая связь, GPRS-модем, встроенный 3,5" 480x640 VGA-дисплей с сенсорным экраном (опционально);
• графический контроллер с поддержкой STN- и TFT-панелей, максимальное разрешение 800x600;
Рис. 1. Процессорная плата EM-X270: а) с ЖКИ; б) вид сверху; в) вид снизу
• интерфейс WiFi 802.11b;
• интерфейс Bluetooth;
• приемник GPS, Sirf-III;
• разъем расширения;
• интерфейс камеры;
• разъем SD/SDIO/MMC;
• звуковой кодек, интегрированный микрофон, внешний динамик;
• порты USB (slave и host), последовательный порт, линии GPIO;
• основная и резервная батареи, зарядное устройство;
• очень низкое энергопотребление в активном и «спящем» режимах;
• размер — 97x66 мм.
Таблица 1. Характеристики процессора, памяти и шин
Характеристика Спецификация Варианты
Процессор Intel XScale PXA270, 312/520 МГц, WMMX, 32 кбайт I-cache и 32 кбайт D-cache, WB, 128 Мбайт адресного пространства, контроллеры DMA и прерываний, таймеры С
ОЗУ 128 Мбайт, SDRAM, 100 МГц, 32-бит +
NAND Flash-диск 512 Мбайт, планируется увеличение +
Внешняя шина 32-бит, 26-бит адрес, частота до 100 МГц +
Таблица 2. Характеристики периферийного оборудования
Характеристика Спецификация Варианты
GPRS/GSM и сотовый телефон Модуль Telit GE864. GSM 850, 900, DCS 1800 или PCS 1900. GPRS Class 10, Voice, Circuit Switched Data transfer, факс, записная книжка и SMS. Разъем SIM-карты. Разъем для внешней антенны K
Bluetooth Bluetooth V2.0+EDR. Чипсет CSR BlueCore4-ROM, полоса 2,4 ГГц, до 3 Мбит/с. Антенна на плате и разъем для внешней антенны +
WiFi Стандарт 802.11Ь.Чипсет Philips BGW200, 11 Мбит/с, полоса 2,4 ГГц. Антенна на плате и разъем для внешней антенны W
GPS Модуль NAVMAN Jupiter32, чипсет Sirf-III. Протокол NMEA. Разъем для пассивной внешней антенны H
Графический контроллер Глубина цвета 4/8/16 бит, TFT/STN, разрешение до 800x600x16 +
Интерфейс камеры Прямое подключение камеры, максимальное разрешение до 2048x2048,30 кадров/с при 320x240, 15 кадров/с при 640x480 +
USB Один порт USB Host/Slave, 12 Мбит/с, 24 точки, OHCI v1.1 +
Последовательный порт (UART) 16 550-совместимый, 921 кбит/с, RS232, полный модем +
Линии ввода/вывода общего назначения (GPIO) До 16 линий. Могут быть использованы как входы прерываний. Используются совместно с интерфейсом клавиатуры +
Аудиоконтроллер Wolfson WM9715L, интерфейс AC97. Микрофон на плате, внешний аудиоразъем +
Контроллер сенсорного экрана Часть микросхемы Wolfson WM9715L. Поддерживает резистивные сенсорные экраны +
Разъем SD/MMC Поддерживает Multimedia Card, Secure Digital и Secure Digital I/O протоколы. Скорость передачи до 19,5 Мбит/с для MMC и 1-бит SD/SDIO и до 78 Мбит/с для 4-бит SD/SDIO +
Часы реального времени (RTC) RTC с питанием от внутренней батареи +
Таблица 3. Электрические, механические спецификации и условия эксплуатации
Зарядное устройство Зарядное устройство для литий-полимерной батареи. Питание 5 В через разъем USB
Потребление в активном режиме Все, исключая GPRS: 0,2-2 Вт GPRS: 1-2 Вт
Потребление в «спящем» режиме 10-20 мВт Зависит от конфигурации и режима
Размеры, мм 97x66x6 (ЖКИ - 5 мм, батарея - 6 мм)
Вес, г Плата - 40 ЖКИ - 45 Батарея - 60
МТВР > 100 000 часов
Рабочая температура (только для платы, на корпусах элементов), °С Стандартный 0...+70
Расширенный -20...+70
Промышленный -40...+85
Температура хранения, °С -40...+85
Относительная влажность 10-90% (работа) 5-95% (хранение)
Удар 50 g/20 мс
Вибрация 20 g/0 Гц 0 0 6
Таблица 4. Характеристики дополнительных устройств
ЖКИ ТРО/РЫПрв ТР035БТЕЕ1 - 3,5” ТГТ, 480x640 VGA, 16-битный параллельный RGB-интерфейс, полупрозрачный ^гапвАес^ув) экран, светодиодная подсветка, встроенный сенсорный экран, потребляемая мощность менее 1 Вт
Батарея Литий-полимерная, 97x55x6 мм, 3000 мА-ч. Время непрерывной работы 8-10 часов при нормальных условиях эксплуатации
Клавиатура 8 микрокнопок
Отличия серии EmMA от бытовых КПК
Реализация функциональных возможностей ЕМ-Х270 в полной мере соответствует требованиям рынка встраиваемых технологий. ЕМ-Х270 имеет несколько главных отличий по сравнению с обычными бытовыми мобильными устройствами:
• Внутренний разъем расширения, который допускает интеграцию дополнительных заказных плат.
• Периферийные интерфейсы, необходимые при разработках встраиваемых систем, такие как последовательные порты и GPIO.
• Механическая конструкция, совместимая с множеством заказных корпусов.
• Гибкость в выборе типа и размера дисплея.
• Опции интерфейсов и варианты температурного исполнения (стандартный, расширенный, промышленный), которые позволяют пользователю выбирать только те особенности, которые необходимы для его приложения, и, соответственно, платить только за требуемую функциональность.
• Долговременный жизненный цикл (не менее 5 лет) и поддержка в течение всего жизненного цикла. Модуль ЕМ-Х270 будет выпускаться до 2014 года.
Технические характеристики EM-X270 В таблицах 1-4 приведены основные характеристики ЕМ-Х270. Знак «+» означает наличие функции в любой конфигурации. Буквы соответствуют обозначению, применяемому в спецификациях и кодах для заказа.
Поддержка промышленного температурного диапазона компанией ОотрыЬаЬ
Компания СошриЬаЬ самостоятельно проводит тестирование для различных вариантов температурного диапазона. Большинство протестированных компонентов способно работать в диапазоне от -40 до +85 °С. Компоненты, чувствительные к температуре, заменяются на аналогичные, но не чувствительные к температуре. Работоспособность в температурном диапазоне от -40 до +85 °С
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 9 '2008
www.kit-e.ru
Таблица 5. Методика тестирования изделий CompuLab
Диапазон Предельные значения*, °C Описание
Стандарт- ный G...+7G Выборочно тестируются некоторые платы на нижней и верхней границах температурного диапазона. Каждая плата не тестируется
Расши- ренный -2G...+7G Каждая плата проходит тестирование на нижней границе температурного диапазона (-20 °С)
Промыш- ленный -4G...+85 Каждая плата тестируется по соответствующей программе на нижней и верхней границах диапазона и в нескольких промежуточных точках. С помощью тестов проверяется большинство установленных на плате деталей
* Температура измеряется на самых горячих точках платы или на радиаторе (если установлен)
небольших компонентов, таких как конденсаторы, резисторы, резонаторы и микросхемы малой степени интеграции, используемых компанией CompuLab, уже гарантирована их изготовителями. Методика тестирования плат зависит от температурного диапазона (табл. 5).
Тестируемые компоненты/системы могут изменяться в зависимости от типа платы. Тест проводится под операционной системой Linux. Тестируются следующие компоненты/подсистемы: процессор, ОЗУ, Flash-диск, последовательные порты, графический контроллер, Ethernet, интерфейсы карт расширения (например, SD), USB, аудио, Bluetooth, WiFi.
Процедура температурного тестирования для промышленного диапазона включает следующую последовательность операций:
• Программирование платы в соответствии с программой тестирования.
• Охлаждение без питания, минимум 20 минут, пока термокамера не остынет до температуры -48 °C.
• Тест включения/выключения, 10 циклов.
• Тестирование компонентов/подсистем.
• Сушка платы.
• Нагревание до верхней границы диапазона.
• Тест включения/выключения, 10 циклов.
• Тестирование компонентов/подсистем.
• Программирование платы стандартным набором программного обеспечения (для отгрузки пользователю).
• Проверка работоспособности при нормальной температуре.
Отладочный комплект X270EM-Evaluation Kit
Для отладки программного обеспечения и разработки собственного законченного изделия пользователь может приобрести отладочный комплект X270EM-Evaluation Kit, который включает следующие элементы:
• плата EM-X270;
• плата расширения EB-X270;
• ЖКИ — 3,5" TFT 480x640 с сенсорным экраном;
• литий-полимерная батарея, 3000 мА-ч;
• антенны и кабели для WiFi, GPRS и GPS;
• кабели для USB и последовательного порта;
Таблица 6. Поддержка EM-X270 операционными системами
Linux Windows CE
Размер образа (Мбайт) 2-55 6-3G
Flash-диск + +
Графический контроллер + +
WiFi + +
Bluetooth + +
GSM (сотовый телефон) + +
GPRS (сотовый модем) + +
GPS + +
Интерфейс камеры Декабрь 2GG8 ?
USB Slave + +
USB Host + +
USB-мышь & клавиатура + +
Аудио + +
Сенсорный экран + +
Последовательный порт + +
SD/MMC (память) + +
SDIO (периферия) + +
I2C + +
SPI + +
Ethernet (EB-X270) + +
Поддержка «спящего» режима + +
Управление батареей + +
• универсальный LCD-адаптер;
• клавиатура;
• динамик: 0,5 Вт/8 Ом;
• FPC-кабели;
• источник питания 5 В/2 A.
Плата расширения EB-X270 (рис. 2) обеспечивает дополнительные возможности и интерфейсы для EM-X270, которые требуются для упрощения процесса отладки и разработки программного обеспечения. EB-X270 включает следующие интерфейсы: Ethernet, VGA-выход (для подключения стандартного VGA-монитора), а также схему управления зарядным током при работе от внешнего источника питания.
Программное обеспечение для EM-X270
Начальную аппаратную инициализацию, диагностику и загрузку операционной системы осуществляет портированный на EM-X270 загрузчик U-Boot. Кроме солидно-
го набора стандартных команд эта версия загрузчика поддерживает две специализированные команды — программное изменение частоты процессора и вывод текущей аппаратной конфигурации модуля.
Компания CompuLab поставляет готовые к применению образы программного обеспечения операционных систем Linux (ядро 2.6) и Windows CE 6, загружаемые во Flash-память EM-X270. В таблице 6 содержится информация о текущей и планируемой поддержке аппаратной конфигурации как модуля EM-X270, так и платы расширения EB-X270. В таблице 6 приняты следующие обозначения: «+» — поддержка реализована, [дата] — поддержка будет реализована к указанной дате, «?» — доступность поддержки еще не определена.
Пакет Linux для EM-X270 базируется на дистрибутиве Angstrom Linux 2007.1 [2]. Образ Angstrom Linux занимает менее 50 Мбайт во Flash-памяти и включает свыше 300 программных пакетов, среди которых графическая система X11, менеджер рабочего стола Matchbox, веб-браузер Minimo, органайзер (Personal Information Manager, PIM). В качестве средств кросс-разработки Linux для работы с EM-X270 могут использоваться такие дистрибутивы, как Scratchbox, OpenEmbedded или Embedded Linux Development Kit.
Заключение
На наш взгляд, описанные функциональные возможности EM-X270 должны заинтересовать, прежде всего, разработчиков карманных, наладонных и мобильных компьютеров для применения в промышленных и военных отраслях. То есть там, где важным является поддержка расширенного и промышленного температурного диапазона, а также длительный жизненный цикл изделия. ■
Литература
1. www.compulab.co.il
2. www.angstrom-distribution.org
