Компьютер eBox-3300 — бюджетное решение для встраиваемых систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Андрей Курниц

[email protected]

Требования к встраиваемому компьютеру

Одной из основных характеристик любой вычислительной системы является ее быстродействие. Быстродействие определяется как число операций, выполняемых вычислительной системой в единицу времени. В случае же встраиваемой системы реального времени добавляется такая характеристика, как время реакции системы на внешнее событие. В любом случае быстродействия встраиваемого компьютера должно быть достаточно для выполнения

рис. 1. Внешний вид встраиваемого компьютера eBox-33GG

Компьютер eBox-3300 —

бюджетное решение для встраиваемых систем

Каждый разработчик встраиваемой системы, получив техническое задание, сталкивается с проблемой выбора аппаратной части. При этом перед ним стоит множество задач, например реализовать требуемую функциональность системы при минимальных материальных затратах. В статье рассмотрены требования, предъявляемые к аппаратной части встраиваемых систем. Вниманию читателей представлен недорогой (менее $200) встраиваемый компьютер eBox-3300 как пример ядра аппаратной части встраиваемой системы. Приведено сравнение eBox-3300 с конкурентами и даны его технические характеристики.

приложения в течение определенного времени. Каково бы ни было быстродействие компьютера, он должен оставаться работоспособным в течение всего срока эксплуатации. Поэтому требования надежности важно ставить наряду с требованиями производительности.

Другой не менее важной характеристикой является объем запоминающих устройств. Требования к объему запоминающих устройств будут определяться как требованиями самой задачи (то есть приложения), так и требованиями среды, где эта задача будет выполняться (то есть требованиями операционной системы). Встраиваемая система состоит из непосредственно компьютера и периферии, будь то устройства ввода, отображения информации или исполнительные устройства.

Компьютер должен иметь возможность подключения всей необходимой периферии, кроме того, при отладке приложения часто возникает необходимость в дополнительных портах для подключения к рабочей станции. Зачастую встраиваемая система устанавливается в местах, где нет доступа к сети 220 В, например на борту автомобиля. Поэтому важно выбрать компьютер с подходящим питающим напряжением. Потребляемая мощность порой является решающим фактором, например, при работе компьютера на объекте с автономным питанием. Часто встраиваемые компьютеры устанавливаются в местах с жесткими климатическими условиями, поэтому важны такие параметры, как степень защиты оболочки (Ш) и рабочий температурный диапазон.

Особое внимание следует уделить поддержке со стороны производителя. Сюда входит совместимость с современными операционными системами и наличие в свободном доступе необходимых драйверов, руководств, документации и средств аппаратной

поддержки, а также жизненный цикл изделия, то есть период времени, в течение которого данное изделие будет выпускаться.

Описание и характеристики встраиваемого компьютера eBox-3300

В ноябре 2008 года тайваньская компания DMP Electronics Inc. запустила в продажу встраиваемый компьютер с ультранизким потреблением — eBox-3300 [1, 2], который представляет собой x86-совместимый компьютер с безвентиляторным охлаждением. Внешний вид eBox-3300 показан на рис. 1.

Основные технические характеристики базовой модификации eBox-3300 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики eBox-33GG

Характеристика Спецификация

Процессор Vortex86DX MSTI PDX-600 1 ГГц (безвентиляторное охлаждение)

Память 256 Мбайт DDR2 (на плате)

Графическая XGI Z9S с 32 Мбайт DDR2

подсистема Внешний 15-контактный VGA-разъем

Сетевой контроллер Встроенный 10/100 Мбит LAN

Расширенный IDE интерфейс, 44-контактный разъем x1

Разъем для карт Compact Flash Type I/II x1

Ввод/вывод Разъем для карт MicroSD (возможна загрузка) x1

Разъем RJ-45 Ethernet

Внешний 6-контактный разъем Mini DIN для PS2 клавиатуры или мыши

Аудио CM119, разъемы Line out и MIC in

USB 3 порта (спецификация USB 2.0) (2 на передней панели)

Требования к питанию Единственный источник +5 В (потребление 2 А)

Размеры, мм 115x115x35

Вес, г 505

Диапазон рабочих температур, °С +5...50

Сертификаты CE, FCC

Корпус компьютера предназначен для крепления на заднюю панель монитора по стандарту VESA FDMI 100, однако эта особенность не ограничивает его применение. Размеры корпуса составляют всего 115x115x35 мм при весе 505 г, что составляет лишь 1/30 объема, занимаемого настольным компьютером, и 1/8 объема, занимаемого ноутбуком.

Помимо базовой модели, доступны модификации, включающие дополнительные опции. Список моделей и соответствующих им опций приведен в таблице 2.

Процессор Vortex86DX [3, 4] (рис. 2) заслуживает отдельного внимания. Он представляет собой систему на кристалле (System on Chip, SoC) с х86-архитектурой, изготовлен по 90-нм технологии и обеспечивает очень низкое потребление энергии (менее 1 Вт).

Vortex86DX объединяет в своем составе множество компонентов, обычно реализуемых в виде отдельных микросхем (рис. 3).

Ядро Vortex86DX — это высокопроизводительный, полностью статический 32-битный процессор с х86-архитектурой, совместимый с операционными системами семейства Windows, Linux и популярными 32-битными операционными системами реального времени. С точки зрения программиста Vortex86DX представляет собой процессор Intel 80486, работающий на тактовой частоте 1000 МГц. Этой производительности достаточно для выполнения популярной операционной си-

Таблица 2. Модификации eBox-33GG

Наименование модификации Дополнительные опции

eBox-33GG Базовая модификация

eBox-33GG-H Наличие отсека для 2,5" HDD

eBox-33GG-M Наличие разъема Mini PCI

eBox-33GG-JSK Наличие разъема Mini PCI и двух COM-портов

eBox-33GG-L2 Наличие дополнительного сетевого контроллера Ethernet 1G/1GG Мбит и двух COM-портов, но отсутствует разъем PS/2

eBox-33GG-LS Наличие предустановленной операционной системы Linux

стемы Windows ХР. Подробное руководство по установке Windows ХР на еВох-3300 можно найти в [5].

Известные синтетические тесты Dhrystone и Linpack позволяют более объективно оценить быстродействие процессора Vortex86DX [6]. Замеры быстродействия проводились

рис. 2. Процессор Vortex86DX

под оценочной версией Windows Embedded Standard 2009 Service Pack 3 [7] с использованием тестов, взятых из [8]. Результаты тестирования в сравнении с другими х86-процессорами показаны на рис. 4 и 5.

Быстродействие Vortex86DX при целочисленных вычислениях сопоставимо с быстродействием процессоров класса Celeron A, работающих на тактовой частоте 300 МГц. В случае же вычислений с плавающей точкой быстродействие ниже и сопоставимо с процессором Pentium 166 МГц.

Оперативная память eBox-3300 имеет тип DDR2 SDRAM, ее объем составляет 256 Мбайт. Такого объема вполне достаточно для работы большинства современных операционных систем и приложений. Например, встраиваемой операционной системе реального времени Windows CE с графическим интерфейсом требуется всего 5 Мбайт памяти, а операционной системе Windows XP Embedded — 128 Мбайт. Для работы библиотеки Qt под управлением Embedded Linux потребуется не более 17 Мбайт. Возможность увеличения объема памяти в eBox-3300 не предусмотрена, однако компания DMP Electronics Inc. предлагает встраиваемый компьютер eBox-3310, в котором объем памяти увеличен до 512 Мбайт. eBox-3310 выпускается в тех же модификациях, что и eBox-3300.

eBox-3300 поставляется без встроенного накопителя данных, но покупатель может под-

Г Н&Р

Vortex86DX’

DB3D A PH Q4314S SWA MHN3S * ИСК!*!!1

/____________________

LAN

USB Host х4 USB Device 1

Канал IDEx2 или SDx2 + IDExI

CPU

Vortex86 CPU

FPU

1 б кбайт Data Cache

16 кбайт Data Cache

L2 Cache 256 кбайт

Память DDR2 1 Гбайт макс.

North Bridge

SPI Flash BIOS 2 Мбайт

DDR2 DRAM шина

10/100 Мбит LAN

USB 2.0

IDEx2

Внутренняя шина SPI

Внешняя шина SPI

Vortex86DX

Микросхема

дисплея

Шина LPC

Микросхема Multi I/O

South Bridge

Выводы общего назначения GPIO

COMx4

Выводы ШИМх32

Шина 12Сх2

Счетчик MTBF

Часы RTC

Таймер WDTx2

Резерв

JTAG

LUHHaSPI

Шина PCI

г-► +3,3 в

Питание +1,8 В

►

Питание ядра 1,0 В

16 битная шина ISA

VGA

DVI

LVDS

ТВ-выход

COM 5-8

LPT2

FDD

GPIO 1-40

COM 1-4

ШИМ 1-32

Шины l2C 1 —2

Светодиоды

PS/2 мышь

GPCS 1-2

LPT

Резервный порт COM 9

рис. 3. Структура Vortex86DX

Pentium III, 600 МГц

пз

2 Celeron А, 300 МГц я

з-

3

m

| Vortex86DX, 1000 МГц

Л

IX ■

О.

§ Pentium Pro, 200 МГц 0)

а

с

AMD Кб, 200 МГц 80486 DX2, 66 МГц

959

484

| 121,98

371,49

| 91,9

312

| 43,3

289

|_12,4 П 35,3

■ Без оптимизации □ С оптимизацией

200 400 600 800 1000 1200

MIPS

рис. 4. Производительность Vortex86DX в тесте Dhrystone (целочисленные вычисления)

Cyrix PR233, 188 МГц

л

0 Pentium, 166 МГц й

1

g Vortex86DX, 1000 МГц

¥

а

н

х

Q.

й Pentium, 133 МГц

&

о

Q.

С

IBM 6x86, 150 МГц 80486 DX2, 66 МГц

| 11,88

19,98

6,86

| 19,89

12,62

17,71

] 17,05

12,87

т

,74

2,63

■ Без оптимизации □ С оптимизацией

10 15

MFLOPS

20

25

рис. 5. Производительность Vortex86DX в тесте Linpack (вычисления с плавающей точкой)

ключить внешний или установить внутренний накопитель. Внутри корпуса eBox-3300 имеется 44-контактный разъем IDE (рис. 6), что позволяет подключить либо 2,5-дюймовый жесткий диск (модификация H), либо твердотельный диск (Disk on Module, DOM) — для всех остальных модификаций.

Что касается подключения внешних накопителей, то на передней панели имеется гнездо для карты памяти стандарта CompactFlash (совместимо с типоразмером Type I и Type II). Под ним расположено гнездо для карты памяти microSD, с которой также возможна загрузка операционной системы.

eBox-3300 обеспечивает богатые возможности для подключения внешней периферии. Стоит отметить наличие трех разъемов USB 2.0, одного или двух Ethernet 10/100 Мбит портов и до двух COM-портов. Этого набора достаточно для большинства задач, тем не менее, благодаря наличию разъема Mini PCI в модификациях M и JSK (рис. 6) имеется возможность расширения конфигурации, например, добавление порта FireWire, как это показано в [9], или включение в конфигурацию беспроводного WiFi-контроллера.

eBox-3300 питается напряжением 5 В, потребляя при этом мощность не более 10 Вт. Это позволяет питать eBox-3300 как от сети переменного тока 220 В (через блок питания, входящий в комплект поставки), так и от бортовых сетей транспортных средств. Понизить бортовое напряжение (12 или 24 В) до 5 В гораздо проще, дешевле и безопаснее, чем устанавливать DC/AC-преобразователи с 12 на 220 В. Рекордно низкое потребление энергии позволяет применять eBox-3300 в проектах, где требуется высокая экономичность и автономность.

Корпус eBox-3300 выполнен из алюминия без применения охлаждающих вентиляторов. Отсутствие вентиляторов уменьшает попадание пыли внутрь корпуса eBox-3300, что увеличивает надежность компьютера и срок его службы. Производитель не указывает степень защиты оболочки IP, но очевидно, что корпус не обеспечивает полной

защиты от пыли и влаги. Как показал опыт применения данного компьютера (автор работал с модификацией eBox-3300-JSK), диапазон рабочих температур +5... 50 °C следует строго соблюдать. При эксплуатации компьютера при температуре воздуха около 0 °C наблюдались периодические отказы: компьютер не загружался (операционная система — Windows Embedded CE 6.0). Кроме этого, следует обратить внимание на тот факт, что порты USB не имеют автоматической защиты по току нагрузки. Комплект поставки eBox-3300 минимален и включает непосредственно сам компьютер и сетевой блок питания к нему (рис. 7).

Компания DMP Electronics Inc. обеспечивает поддержку своего продукта. На сайте компании, посвященном процессору Vortex86DX [3], можно найти последние драйверы, пакеты аппаратной поддержки (Board Support Package, BSP), руководства по установке таких операционных систем, как DOS, Linux, Windows 98/2000, Windows XP Embedded/Windows Embedded Standard 2009 и Windows CE. Есть возможность миновать долгий путь создания образа операционной системы и загрузить готовый оценочный образ Windows CE и Windows XP Embedded [3].

Чтобы до конца оценить привлекательность eBox-3300, необходимо сравнить его с ближайшими конкурентами. В качестве конкурентов eBOX-3300 можно назвать компьютеры Fit-PC компании CompuLab [10] и вычислители NetCore российской компании ООО «СМП» [11]. Сравнение по техни-

ческим характеристикам выходит за рамки этой статьи, достаточно упомянуть, что эти компьютеры обеспечивают близкие к eBox-3300 показатели по быстродействию и надежности. Немаловажный фактор при выборе встраиваемого компьютера — это его цена. На момент написания статьи цена в России на Fit-PC начинается с $470 [12], а на NetCore — с $370 за 1 штуку [11], а цена базовой модели eBox-3300 составляет всего $190 без НДС [13].

Выводы

Компьютер eBox-3300 представляет собой основу для недорогой встраиваемой системы. К его достоинствам можно отнести:

• низкую цену;

• богатый набор интерфейсов;

• достойный уровень быстродействия при целочисленных вычислениях;

• низкое потребление энергии;

• безвентиляторное охлаждение;

• хорошую поддержку со стороны производителя.

Недостатки:

• посредственное быстродействие при вычислениях с плавающей точкой;

• отсутствие защиты корпуса от влаги и пыли;

• узкий диапазон рабочих температур.

В следующей статье мы рассмотрим операционную систему реального времени Windows Embedded CE 6.0. Будет показано, как собрать образ операционной системы, используя среду

разработки Visual Studio 2005 и Platform Builder, и загрузить полученный образ в eBox-3300. А далее — как создать сетевое многопоточное приложение под Windows CE 6.0. Приложение будет загружаться сразу после загрузки операционной системы, будет использовать протокол TCP/IP по Ethernet и работать с COM-портами. Кроме того, будут приведены отличия в программировании для Windows CE от программирования для настольных версий Windows. ■

Окончание следует

Литература

1. http://www.compactpc.com.tw/ebox-3300.htm

2. http://www.compactpc.com.tw/files/ eBox-3300_Press_ENG_V1.pdf

3. http://www.dmp.com.tw/tech/vortex86dx/

4. www.vortex86dx.com

5. http://www.compactpc.com.tw/drivers/eBox-3300/eBox-3300_XP_Installation.pdf

6. http://www.roylongbottom.org.uk/index.htm

7. ftp://[email protected]/vortex86dx/xpe/ VDX_XPe_373MB.zip

8. http://www.roylongbottom.org.uk/benchnt.zip

9. http://www.g35-club.ru/linux/eBox-3300

10. Дроздов С., Золотарев С. Fit-PC от компании CompuLab — «нано» персональные компьютеры с большими возможностями // Компоненты и технологии. 2008. № 11.

11. http://www.netcore.ru/card/

12. http://www.fiord.com/compulab/ usloviya-oplati-i-dostavki-fit-pc2

13. http://ipc2u.ru/catalog/E/EE/54253.html