Научная статья на тему 'Em-x270 — платформа для создания встраиваемых мобильных устройств для промышленных условий эксплуатации'

Em-x270 — платформа для создания встраиваемых мобильных устройств для промышленных условий эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
148
34
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Булгаков Игорь, Золотарев Сергей

В статье рассматривается полнофункциональная процессорная плата EM,X270 компании CompuLab Ltd., предназначенная для производства заказных карманных (наладонных) и встраиваемых мобильных компьютеров, работающих как в обычных, так и в промышленных условиях эксплуатации (–40…+85&degC). Функциональный состав платы соответствует составу последних поколений КПК и смартфонов, так как включает все типы беспроводной связи, спутниковую и сотовую связь.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Em-x270 — платформа для создания встраиваемых мобильных устройств для промышленных условий эксплуатации»

ЕМ-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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

• 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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.