CC BY
215Александр ЕРКИН Алексей СОЛДАТОВ
Одноплатные компьютеры являются полнофункциональными миникомпьютерами, содержащими на одной плате все необходимое, включая интерфейсы. Они применяются во всех случаях, когда необходимо организовать удаленное управление или отображение информации. Московское предприятие ЗАО «Завод электрооборудования» наладило выпуск одноплатных компьютеров серии «Тион», которые обладают рядом преимуществ, делающих их привлекательным для разработчиков встраиваемых систем. В серию «Тион» входят «Тион-Про», «Тион-Про у.2» и «Тион-270». Устройства различаются типом процессора, объемами памяти и набором периферийных интерфейсов. Основные характеристики данных миникомпьютеров представлены в таблице, а внешний вид плат показан на рис. 1-3.
Одноплатные компьютеры «Тион-Про» представляют собой высокоинтегрированные вычислительно-управляющие системы на базе процессоров с ядром АИМ9. Предлагаемые конфигурации компьютеров — ре-
Рис. 1. Вид платы «Тион-Про»
Перспективы применения
одноплатных компьютеров «Тион»
Инициатива российской компании ЗАО «Завод электрооборудования» по выпуску отечественных одноплатных компьютеров показывает возможность и целесообразность производства универсальных одноплатных компьютеров с современным уровнем функциональности для использования в системах на внутреннем рынке. Отечественное производство дает такие преимущества, как низкая стоимость, простота доставки продукции российским потребителям и, что самое главное, возможность получения оперативной полноценной технической поддержки на родном языке. В статье рассматриваются технические характеристики одноплатных компьютеров серии «Тион» и некоторые области их применения, которые вполне могут быть расширены потребителями этой продукции.
зультат обобщения опыта работы с организациями, занимающимися разработками в области встраиваемых систем. В них есть все интерфейсы, необходимые встраиваемым системам, большое количество интерфейсов для хранения данных (Memory Stick, PC card, CompactFlash и SD Card), встроенный LCD-контроллер, полная поддержка спецификации для работы со звуком AC'97 rev 2.0, ведущие и ведомые USB-устройства. Имеется контроллер сети 100 Мбит Ethernet. «Тион-270» можно напрямую подключить к CMOS/CCD-сенсору до 2048x2048 пикселей. 32-битная системная шина доступна для расширений, требующих высокой пропускной способности.
Каждый компьютер имеет возможность установки разных операционных систем: Windows CE 5.0, Windows CE 6.0 или Linux. В качестве загрузчика обычно применяется RedBoot (eCos), а в платах «Тион-270» предустановлен загрузчик eBoot или uBoot. Особенностью «Тион-Про v.2» является использование формата платы PC/104, что позволяет устанавливать ее в ряд стандартных корпусов. Наличие полных портов COM1 full дает возможность использовать стандартную интерфейсную программу
Active Sync для отладки приложений под Windows CE.
Компьютеры просты в работе: подключается дисплей, мышь, клавиатура, Ethernet или Wi-Fi при необходимости — и система готова к работе. Платы питаются одним напряжением — 3,3 В (до 300 мА). Источник напряжения ядра процессора (1,8 В) расположен на плате. Для подключения TFT-экранов 3,5", 5,7", 8", 10,4" требуются специальные переходники (адаптеры), которые заказываются дополнительно. Для того чтобы использовать компьютер в своем собственном проекте, достаточно всего лишь разработать двустороннюю «системную» плату с необходимым составом интерфейсов (технология 0,2 мм, реализуемая в России).
Областями применения одноплатных компьютеров «Тион» могут быть: терминалы сбора данных, медицинская техника, измерительные приборы, диагностическое оборудование, панели оператора, IP-телефония, элементы АСУТП, панельные компьютеры, портативные и носимые системы контроля и диагностики, оборудование автоматизации торговли (ККМ).
Рис. 2. Вид платы «Тион-270»
Рис. 3. Вид платы «Тион-Про v.2»
Таблица. Основные параметры одноплатных процессоров «Тион»
Параметр Тион-Про Тион-Про v.2 Тион-270
Процессор EP9315 (Cirrus Logic) EP9315 (Cirrus Logic) PXA270 (Intel/Marvell)
Частота ядра ARM, МГц 200 200 416/520
Частота SDRAM, МГц 100 100 104
Кэш инструкций, кбайт 16 16 32
Кэш данных, кбайт 16 16 32
ОЗУ, Мбайт 64 64 64
ПЗУ (параллельное, Flash), Мбайт 64 64
ПЗУ (последовательное, Flash), Мбит 2/4 4 -
RTC с батарейкой - + +
IDE + + -
VGA - + +
TFT TTL + + +
Разъем тачскрин 2 2
Шина I2C + + +
Шина SPI + + +
Разъем microSD - - +
Сеть Ethernet 10/100 + + +
Порт COM1 CMOS RS232/full +/- +/+ +/+
Порт COM2 CMOS/RS-232 +/+ +/+ +/-
Порт COM3 CMOS/RS-232/RS-485 -/-/- +/+/+ +/-/+
Интерфейс AC'97 + + +
Audio (Phone, Line In) - - +
USB host 1 /2 /3 +/+/- +/+/+ +/+/-
Прерывания - 2 -
PWM - 2 3
ADC - - 4
Свободные GPIO 14 22 18
Разъем матричной клавиатуры 14 16 -
Кнопка сброса - + -
Разъем JTAG - + +
Разъем питания +5 В 1 2 2
Потребление при загруженном Linux, Вт 1,78 1,1 1,75
Цена для коммерческого диапазона 0...+70 °C, руб. 4500 5500 6500
Цена для индустриального диапазона -40 ...+85°C, руб. 5000 6000 7000
Рассмотрим более подробно некоторые массовые применения компьютеров «Тион».
«Тион-Про» в системе «умный дом»
Системы «умного дома», представленные на рынке, как правило, являются зарубежными разработками. Известная практика разработчиков заключается в закупке готовых систем и адаптации их к условиям местного рынка. Такая «двойная» работа, таможенные налоги, торговые наценки зарубежных производителей необоснованно удорожают конечную стоимость товара. Этих проблем можно избежать, если в качестве центрального контроллера для системы использовать одноплатный компьютер «Тион-Про». Его бесспорное достоинство — наличие развитой интерфейсной периферии. Каким бы типом интерфейса не обладали датчики и устройства управления, их легко можно подключить к «Тион-Про» по большинству стандартизированных протоколов передачи данных, будь то старый И8-232 или скоростной ШВ 2.0.
Если же интерфейс не стандартизирован или используется принцип модульной конструкции, то оптимальным окажется применение «Тион-270», для которого достаточно будет разработать плату внешнего контроллера управляющих устройств, подсоединив «Тион-270» с помощью 80Б1ММ 200. При этом все стандартные интерфейсы остаются доступными для использования.
Не менее привлекателен «Тион-Про» и для использования в качестве панели управления функциями «умного дома». При его использовании появляется возможность совместить модуль управления с самим контроллером системы в одном блоке, поскольку разъемы для подключения жидкокристаллической панели (SVGA) и резистивного сенсорного экрана уже имеются на плате «Тион-Про». Такая реализация выгодно скажется и на дизайне панели, поскольку применение сенсорного управления в таких системах уже стало традицией.
Кроме того, наличие у «Тиона» контроллера сенсорной матрицы с разрешением до 2084x2084 пикселей позволяет легко создать систему охранного видеонаблюдения, а наличие встроенного модуля ЕЛегпе1 позволит контролировать и управлять функциями жилища удаленно через Интернет.
Достаточно мощный процессор «Тиона-Про» CirrusLogic ЕР9312/15 с ядром АИМ9 позволяет программистам — разработчикам ПО — не экономить системные ресурсы в ущерб красоте графического оформления пользовательского интерфейса. В то же время встроенная функция адаптивного энергопотребления позволит существенно увеличить время работы от аккумуляторов при перебоях электроснабжения.
Охранные системы с «Тион-Про»
Рынок охранных систем для обеспечения безопасности объектов достаточно велик и не-
прерывно развивается. С задачей контроля одного-двух датчиков перемещения и датчика открытия дверей, безусловно, справляется простая система на базе 8-разрядного микропроцессора. Оповещение служб реагирования осуществляется, как правило, с помощью системы пультовой охраны по городской телефонной линии. Однако такая система неспособна противостоять серьезным посягательствам на частную собственность владельца и может защитить лишь от «случайных гостей», и в первую очередь, из-за отсутствия защиты от саботажа линий коммуникации.
Еще одно неудобство для пользователя большинства охранных систем — необходимость перенастройки реакции системы на срабатывание того или иного датчика. В этом случае приходится вызывать специалиста фирмы-установщика, на что уходят и время, и деньги.
Если же использовать недорогой одноплатный компьютер «Тион-Про», то можно разработать охранную систему для крупного объекта, используя большое количество датчиков и охранных шлейфов. К ней же можно подключить видеосенсор высокого разрешения, интегрировав заодно и систему видеонаблюдения.
Важным моментом при создании охранной системы является удобство в использовании. В большинстве современных разработок этому вопросу уделяется третьестепенное внимание, поскольку применяются низкопроизводительные микропроцессорные системы. При использовании «Тиона-Про» у разработчика появляется возможность создать удобный пользовательский интерфейс, употребив для оформления и управления всеми системами безопасности сенсорный ТБТ разрешением до 1024x768 пикселей.
Очень существенный фактор для обеспечения безопасности — антисаботажная защита линий связи. Самым надежным методом такой защиты является дублирование каналов связи со службами реагирования. В простейшем случае это может быть установка GSM-модуля связи, который будет использоваться системой в случае отсутствия связи по телефонной линии. Однако еще более прогрессивный подход — использование беспроводного подключения к Интернету. «Тион-Про» позволит реализовать сервер для поддержки такого соединения и не только оповещать о факте несанкционированного проникновения, но и предоставлять пользователю информацию в режиме реального времени обо всех событиях на территории объекта.
При эксплуатации любой охранной системы рано или поздно возникают проблемы, связанные с моральным старением оборудования и программного обеспечения. Использование «Тиона-Про» дает возможность разработчику производить широкую модернизацию системы в будущем благодаря доступности программного обеспече-
ния для базовых операционных систем Windows, Linux. Кроме того, такая система позволит легко интегрироваться в любой современный автоматизированный комплекс охраны и управления, используя стандартные протоколы обмена данными.
Климат-контроль на базе «Тион-Про»
Проблема кондиционирования и вентиляции производственных площадей или большого торгового центра часто решается с помощью VRF-систем. Такая система позволяет оптимизировать мощности оборудования для кондиционирования и вентиляции, перераспределяя потоки хладагента и воздуха для вентиляции между обслуживаемыми помещениями. Еще одно из преимуществ данной системы — возможность модульной поэтапной установки и запуска. Для управления подобным устройством необходим микропроцессорный модуль с достаточно широкими возможностями. Множество датчиков температуры, влажности, задымленности требуют постоянного контроля состояния, а внешние и внутренние блоки вентиляции, терморегуляции, увлажнения или осушения воздуха предполагают наличие многоканальной системы централизованного управления. При эксплуатации подобной системы наиболее удобной оказывается единая центральная панель, с помощью которой можно было бы контролировать климатические показатели помещений и осуществлять при необходимости корректирующее вмешательство в работу автоматики. Роль такой панели с успехом может выполнять одноплатная микропроцессорная система «Тион-Про». Для передачи данных возможно использовать как системную шину с функцией прямого доступа к памяти, так и интерфейсы RS-232, RS-485 и USB 2.0 (с технологией Plug&Play).
Наличие интерфейса Ethernet открывает возможность удаленного управления всем комплексом климатического контроля с использованием любых программных технологий удаленного доступа. При создании такой системы управляющий сервер можно организовать на базе «Тион-Про», избавившись от необходимости использования дополнительного HTTP-сервера. Необходимо лишь устроить защищенный доступ и разработать управляющую веб-страницу.
Особо привлекательной для конечного пользователя такой климат-системы окажется компактная переносная реализация контрольно-управляющего модуля. В ней уместно применение сенсорного экрана и жидкокристаллического дисплея, ставших традиционными для подобных устройств, и для реализации этого разработчики встроили в «Тион-Про» разъемы для подключения резистивного сенсорного экрана и ЖК-панели с разрешением QVGA. Встроенная
система адаптивного энергопотребления позволит увеличить срок работы устройства от аккумуляторов. Индивидуальные для каждого помещения настройки могут храниться в энергонезависимой флэш-памяти объемом 64 Мбайт либо на внешней флэш-карте, подключаемой через предусмотренный интерфейс.
Ультразвуковая диагностика на «Тион-270»
Одноплатный компьютер «Тион-270» может с успехом заменить громоздкий и дорогой стационарный компьютер, распространенный и поныне в системе ультразвуковой диагностики (УЗД), с реализацией всех нужных функций. Все необходимое для создания полноценного прибора уже заложено в небольшой одноплатной конструкции, а разработчику остается лишь создать модуль контроллера датчиков или использовать уже разработанный, способный соединяться с любым стандартизированным компьютерным интерфейсом, например И5-232, И5-485, ШВ 2.0. Кроме того, можно использовать и системную 32-разрядную скоростную шину частотой 100 МГц.
Применение в «Тионе-270» высокопроизводительного ИКС-процессора позволяет реализовать обработку видео в режиме реального времени, используя для вывода изображения встроенный контроллер ТЕТ-матрицы с разрешением до 1024x768 пикселей при глубине цвета 18 бит. При этом управление прибором легко осуществляется с помощью сенсорного экрана резистивного типа.
При создании прибора на базе «Тиона-270» разработчику не придется идти на компромисс между объемом памяти для программной пользовательской оболочки и свободным местом для сохранения результатов УЗД-исследований. В модуле предусмотрен SPI-порт для подключения SD/MMC-карт, а если позволяют габариты прибора и необходимы большие объемы, то не возникнет проблем с подключением винчестера по ГОЕ-интер-фейсу. Наличие Ethernet 10/100-интерфейса позволит легко интегрировать прибор во внутреннюю сеть учреждения и использовать все преимущества автоматизированного сбора и хранения данных о пациентах.
Система прикроватного мониторинга
Системы прикроватного мониторинга используются, как правило, в палатах интенсивной терапии и реанимационных отделениях больниц. Это обусловлено прежде всего достаточно высокой стоимостью устройств. Поэтому разработка дешевой и функциональной системы мониторинга позволит расширить область применения и занять внушительную рыночную нишу в области медицинского оборудования.
Система на основе «Тион-270» позволяет совместить невысокую стоимость с высокой функциональностью. Требования к надежности любого медицинского устройства предъявляются достаточно жесткие. Сбой в работе может обернуться человеческими жертвами. Поэтому особенно важно для разработчика уделить внимание конструкции, минимизировав число межблочных соединений, которые всегда являются самым ненадежным местом любой электронной системы. Именно это и обеспечивается одноплатной конструкцией микроконтроллера, который реализуют готовую систему обработки и хранения информации, выполненную топологически в пределах одной печатной платы. Еще одним преимуществом является простота ремонта — при возникновении неисправности достаточно заменить одноплатный модуль аналогичным и быстро восстановить работоспособность прибора.
Кроме того, такая система позволит сохранять работоспособность в условиях перебоев электроэнергии. Становится возможным использование прикроватного монитора с собственным источником бесперебойного питания на базе встроенной в прибор аккумуляторной батареи. Это также позволит применять монитор в нестационарных условиях, например в машинах скорой помощи.
Современный прикроватный монитор не только подает тревожный сигнал при нарушении какой-либо из жизненных функций пациента, но и ведет постоянный сбор и обработку информации о его состоянии — осуществляет построение графиков и линий трендов для измеряемых параметров в режиме реального времени, при этом сбор информации ведется одновременно по 10-20 аналоговым каналам ввода. Это датчики неинвазивного или инвазивного систолического и диастолического давления, не менее двух каналов термодатчиков, датчик пульса, электроды контроля дыхания, а также содержания кислорода в крови, до семи электродов кардиомониторинга. И если для датчиков долгопериодных процессов типа дыхания или давления достаточно низких частот выборки, то для достижения высокого разрешения при кардиомониторинге требуются более высокие частоты. Для обработки такого потока процессор должен обладать достаточным быстродействием и высокой, не менее 32 бит, разрядностью. «Тион-270» имеет 32-разрядную шину данных, кроме того, максимальная частота процессора составляет 520 МГц.
Для обработки и сохранения большого объема информации, собираемого датчиками монитора, удобнло применение унифицированного накопителя информации, такого как флэш-карта. Кроме того, для крупных медицинских центров окажется полезным использование интерфейса передачи данных с помощью беспроводных технологий. В любом из перечисленных случаев реализация
монитора на базе одноплатной системы «Тион-270», в состав которой входят готовые разъемы для подключения флэш-носителя и радиомодема, позволяет существенно сэкономить средства на разработке.
Для удобного предоставления информации может быть применен цветной LCD-дисплей, для подключения которого «Тион-270» имеет необходимый интерфейс.
Заключение
Итак, представленные в статье одноплатные компьютеры «Ти-он» обладают рядом достоинств, позволяющих рекомендовать их разработчикам информационно-управляющих систем самого широкого спектра применения. Это:
• высокая производительность;
• использование стандартных ОС, упрощающих задачи программного обеспечения;
• наличие большого количества интерфейсов, позволяющих строить системы самых разнообразных конфигураций в различных сферах деятельности;
• малое потребление электроэнергии — до 1 Вт;
• низкая стоимость на российском рынке;
• доступность в России — производство и склад находятся в Москве;
• 100%-ная отечественная разработка, обеспечивающая возмож-
ность получения оперативной квалифицированной поддержки и документации на русском языке, а также гибкой схемы реализации проекта совместно с разработчиком. ■
