תקשורת אלחוטית הפכה להיות חלק מהחיים היומיומיים שלנו. במשרדים, בבתי ספר, או בבית, אנו נמצאים בקשר בעזרת התקני תקשורת אלחוטיים הכוללים מחשבים אישיים ניידים, מדפסות, מצלמות, מכשירים נישאים ביד ובקרי כניסה ותאורה. המורכבות של ההתקנים האלו תלויה בסוג המשימות שאותן הם מבצעים.

רבים מהיישומים האלחוטיים האלו מבצעים משימות פשוטות בעזרת בקרי מיקרו קטנים וקטעי קוד קטנים. מאמר זה דן ביישום אלחוטי המשמש לאוטומציה ביתית. היישום הוא בקר אוורור אלחוטי שנועד להיות יישום שעלותו נמוכה, על ידי שימוש בשלושה התקנים אלקטרוניים בלבד – בקר מיקרו אחד מסוג פשוט (MC9S08QD4), מקמ”ש ת”ר [RF] אחד (MC13192) ותצוגת LCD אחת בגודל 2×16. ההתקנים האחרים שנדרשים הם רכיבים פסיביים כגון נגדים ולחצנים.
איור 1 מראה תרשים בלוקים של בקר אוורור. הממשק המשמש להעברת הנתונים בין המקמ”ש ובקר המיקרו הוא ממשק טורי היקפי (SPI). ממשק זה מאפשר קריאה וכתיבה של אוגרים של הקונפיגורציה, המצב והבקרה של המקמ”ש. בנוסף, ממשק SPI מאפשר קריאה וכתיבה של נתוני זיכרון RAM הנמצאים בתוך המקמ”ש אשר משמשים לשידור ולקליטה של נתונים דרך תקשורת ת”ר.
אות נוסף שנדרש לתקשורת בין המקמ”ש ובקר המיקרו הוא בקשת פסיקה (IRQ). פין IRQ מטופל על ידי המקמ”ש. כאשר אוגר המצב שבמקמ”ש משתנה, נוצר מעבר קצה יורד בפין IRQ. כאשר נוצרת בקשת פסיקה, הדבר הראשון שבקר המיקרו מבצע הוא קריאה של אוגר המצב לקביעת האירוע המיוחד שיצר את הפסיקה. טבלה 1 מראה את הקצאת פיני בקר המיקרו.
יש צורך באות אחד נוסף כדי להעביר את מצב הפעולה (קליטה, שידור, נמנום, שינה או סרק). האות נקרא RXTXEN. כל הפינים הרב שימושיים שבבקר מיקרו משמשים לניהול כמה אותות נוספים, כפי שניתן לראות בטבלה 1. האות RXTXEN יטופל על ידי פין GPIO1 המסופק על ידי המקמ”ש. טבלה 2 מתארת את החיבורים הנדרשים לשליטה על RXTXEN.
טבלה 1 וטבלה 2 מציגות את דרישות החומרה המינימליות הנחוצות כדי לגרום לפעולת המקמ”ש. עיין בתרשים המוצע באיור 2. בעזרת חיבורי החומרה המתוארים באיור זה ניתן לבצע קונפיגורציה במקמ”ש, והמקמ”ש יכול לשדר נתונים ולקלוט אותם. בנוסף, ניתן לבצע קונפיגורציה בפינים של מוני הזמן ובפיני של חיבורי GPIO המסופקים על ידי המקמ”ש דרך ממשק SPI ולהשתמש בהם לכל מטרה שרוצים.
כפי שאפשר לראות באיור 2, המקמ”ש כולל שבעה פיני GPIO. אחד מהם משמש לדחיפת אות RXTXEN והשישה הנותרים יכולים לשמש עבור יישום המשתמש. ביישום המוצע, הפינים של מוני הזמן ופיני החיבורים GPIO המסופקים על ידי המקמ”ש ישמשו כדי לדחוף ארבעה לחצנים ותצוגה אחת של 2×16.
התרשים המוצע עבור היישום של בקר אוורור אלחוטי מתחלק לשני חלקים. החלק הראשון של התרשים כולל את הפלטפורמה הבסיסית לפיתוח כל יישום (מתואר בטבלה 1 ובטבלה 2 והוא מוצג באיור 2). החלק השני של התרשים מציג את החיבורים עבור יישום בקר האוורור (ניתן לראות באיור 3).
איור 3 מראה שליישום נדרשים שישה קווים כדי לדחוף את תצוגת LCD, וארבעה קווים נוספים כדי לדחוף ארבעה לחצנים. ליישום יש סך הכל 10 קווים נוספים שאותם חייבים לדחוף עם שישה פיני GPIO בלבד. לצורך כך, ארבעת קווי הנתונים של תצוגת LCD וארבעת הלחצנים חייבים להיות מרובבים. טבלה 3 מתארת את הביצועים של כל אחד מפיני GPIO.
כפי שניתן לראות בטבלה 3, הפינים GPIO4, GPIO5, GPIO6 ו-GPIO7 משמשים לדחיפת ארבעת קווי הנתונים של תצוגת LCD וארבעת הלחצנים. בארבעת פיני GPIO יש לבצע קונפיגורציה כיציאות על מנת להעביר נתונים לתצוגת LCD וככניסות על מנת לקרוא את רמות הלחצנים.
היישום משתמש בתצוגה כדי להציג תפריטים שונים, כגון טמפרטורה נוכחית, פסק זמן מוגדר וחיווי על כך שהתקן מחוץ לתחום.
ארבעת הלחצנים משמשים כדי להגדיר את הטמפרטורה הרצויה, את פסק זמן פעולת המאוורר וכדי לנווט בין התפריטים. טבלה 4 מראה את הפונקציה שהוקצתה לכל אחד מהלחצנים.
כאשר היישום מתחיל לפעול, המאוורר יהיה תמיד במצב כבוי. כדי להפעילו, יש ללחוץ על הלחצנים SW2 או SW3. כאשר המאוורר מופעל, הטמפרטורה הקיימת תופיע בתצוגת LCD. כאשר המאוורר פועל, אפשר להשתמש בלחצן SW2 ו-SW3 בהתאמה, כדי להוריד או להעלות את הטמפרטורה. הטמפרטורה המרבית שניתן להגדיר היא 60 מעלות. כאשר המאוורר במצב כבוי, ללחצנים SW1 ו- SW4לא תהיה השפעה.
ניתן להגדיר את משך פסק הזמן אשר לאחריו המאוורר יכבה באופן אוטומטי. את הזמן הזה אפשר להגדיר בטווח שבין דקה אחת ל-99 דקות. אם לא הוגדר משך פסק הזמן, המאוורר לא יכבה באופן אוטומטי. כדי להגדיר את פסק הזמן הרצוי:
1.הפעל את המאוורר. אם הוא במצב כבוי לא ניתן יהיה להגדיר את משך פסק הזמן.
2.לחץ על הלחצן SW1. פעולה זו תגרום להצגת תפריט פסק זמן בתצוגת LCD.
3.לחץ על הלחצנים SW2 או SW3 כדי להקטין או להעלות את משך פסק הזמן.
4.לחץ על הלחצן SW4 כדי לאשר את משך פסק הזמן.
5.כאשר משך פסק הזמן אושר, הטמפרטורה הקיימת תופיע שוב בתצוגת LCD.
היישום משתמש בשני מעגלי השוואת מוני זמן שמסופקים על ידי המקמ”ש, האחד כדי ליצור פסק זמן והשני כדי לקרוא את רמת הלחצנים.
מעגל ההשוואה 1 של מונה הזמן משמש כדי ליצור בסיס זמן השווה לדקה אחת. בסיס זמן זה מאפשר יצירת פרקי פסק זמן של דקה אחת עד 99 דקות.
מעגל ההשוואה 3 משמש כדי לקרוא את רמת הלחצנים מדי 100 מילי–שניות. כדי לקרוא את רמת הלחצנים, יש להגדיר את GPIO4, GPIO5, GPIO6 ו-GPIO7 ככניסות. היישום מגדיר ככניסות את פיני GPIO הנדרשים, קורא את ערך הכניסה ומגדיר שוב את פיני GPIO כיציאות.
פרוטוקול פשוט משמש כדי לשלוח את הטמפרטורה הקיימת אל מערכת הקירור–חימום, בכל פעם שהטמפרטורה משתנה על ידי אחד מהלחצנים SW2 או SW3.

מסקנה
שימוש בבקר המיקרו המארז של 8 פינים עם משאבי חומרה מועטים מוכיח שלא תמיד יש צורך בבקרי המיקרו לביצועים גבוהים, כדי לפתח יישומים אלחוטיים. למקמ”ש יש צורך בפינים בודדים, עובדה המאפשרת לו לשמש עם כל בקר מיקרו כמעט, החל בסוג הפשוט ועד הסוג המתקדם ביותר. לסיכום, השימוש במוני זמן ובפיני החיבורים GPIO שמסופקים על ידי המקמ”ש מפחית את השימוש במשאבי בקר המיקרו,  כמו למשל פיני GPIO ומודולים אחרים, כגון מוני זמן. בנוסף חשוב לזכור שבקרי מיקרו פשוטים יכולים לבצע משימות פשוטות שנדרשות ברשת אלחוטית מורכבת ולהקטין את העלות של הפתרון כולו.

*הכתבה נמסרה באדיבות חברת AVNET

חברת מוטורולה הכריזה כי חטיבת ניידות ביתית ורשתות (Home & Network Mobility) סיפקה 100 מיליון מכשירי בידור דיגיטאליים – אבן דרך משמעותית, המשקפת את הישגי החברה והישגי ענף ספקי השירותים העולמי כאחד, במהלך 50 השנים האחרונות. אבן דרך זו עולה בקנה אחד עם מעבר הענף מ"העידן הדיגיטאלי" ל"עידן האינטרנט של הטלוויזיה". 

ברומטר המדיה לשנת 2009 של מוטורולה מדגיש מעבר זה ומראה בבירור עלייה בציפיות הצרכנים לקישוריות לתוכן ומכשירים בכל זמן ומכל מקום. המחקר גם גילה ביקוש רב להתאמה אישית של תוכן, כלומר, יכולתו של הצרכן לשלוט על חוויותיו – בין אם בטלוויזיה, במחשב האישי או בטלפון הסלולארי.

כדי לענות על ביקושים חדשים אלו של "עידן האינטרנט של הטלוויזיה", מוטורולה מתמקדת בשלושה צרכים קריטיים של הצרכניים: תוכן, קהילה ושליטה.

"מוטורולה גאה לחגוג את מורשת הווידיאו העשירה שלה ותמשיך לספק ללקוחות מערכות מתקדמות המאיצות את אספקת חוויות מדיה מותאמות אישית לצרכנים", אמר דן מולוני, נשיא חטיבת ניידות ביתית ורשתות. "מוטורולה מחויבת לאספקת פתרונות חדשניים מובילים בתעשייה, המאפשרים לספקי השירותים להצליח בעידן האינטרנט של הטלוויזיה" 

"עם יותר מ-100 מיליון משלוחי יחידות, מכשירי הבידור הביתיים הדיגיטאליים של מוטורולה הם הנפוצים ביותר בעולם", אמר מייק פקסטון, אנליסט בכיר ב- In-Sat, חברת חקר שוק מובילה. "חטיבת הניידות הביתית ורשתות של מוטורולה מובילה בחדשנות טכנולוגית וממשיכה למצב את מוצריה להגדרת הדבר הבא בתחום הווידיאו".

למוטורולה היסטוריה ארוכת שנים בהבאת חידושים מתקדמים ויצירתיים לתחום הווידיאו וניצבה תמיד בחוד החנית של הטכנולוגיה – מהימים שבהם ייצרה טלוויזיות ועד לפיתוח מערכת הטלוויזיה בכבלים האנלוגית הראשונה בעולם ויצירת התקן הטכני הדיגיטאלי הראשון ל- HDTV 

כחלק מיוזמות המחקר והפיתוח של מוטורולה ומהתמקדותה בדבר הבא בתחום הווידיאו, מוטורולה תורמת ל"תחרות החדשנות בהתכנסות" (Convergence Innovation) השנתית הרביעית של אוניברסיטת המחקר האמריקאית Georgia Tech. בתחרות זו, מוטורולה מעניקה לסטודנטים הזדמנות לחבר בין עבודתם בכיתות הלימוד ובמעבדות המחקר לבין עולם העסקים, עם יצירת יישומים ושירותים חדשניים ומסחריים לממירים, בין יתר מכשירי אספקת התוכן.חטיבת הניידות הביתית ורשתות של מוטורולה מעניקה פתרונות מדיה מותאמים אישית, הניתנים לאינטגרציה מלאה, ומאפשרים למפעילים לספק חוויות מדיה עשירות ומותאמות אישית למנוייהם. כמובילה עולמית בתחום הווידיאו במכשירי בידור דיגיטאליים, מוקדי שידור (headends) דיגיטאליים ומבוססי פרוטוקול אינטרנט ((IP ועיבוד וידאו דיגיטאלי, מוטורולה מיישמת את מומחיותה בתחום הווידיאו,  כאשר  המפעילים – קוויים, סלולאריים, כבלים ותקשורת – מבקשים לפתח את רשתותיהם לקראת העתיד.

השקת השירות החדש מביאה עימה חוויית פס רחב נייד של הדור הבא למשתמשיםבעיר טייצ'ונג 

חברת מוטורולה הודיעה כי Far EasTone Telecom (FET), מפעילת תקשורת מובילה בטייוואן, השיקה את שירות ה- WiMAX מדור רביעי שלה בעיר טייצ'ונג עם פתרונות ה- WiMAX מקצה לקצה של חטיבת הניידות הביתית ורשתות ((Home&Network Mobility של מוטורולה.

הרשת המהירה מבוססת על טכנולוגיית הדור הרביעי המתקדמת ביותר, התומכת בשירותים כגון סרטים ומוסיקה ניידים, בידור דיגיטאלי למשפחה וגישה לאינטרנט נייד, ומאפשרת סגנון ניידות תקשורת חדש למנויי FET.

מוטורולה חתמה על חוזי פריסה והרחבה עם FET בשנים 2007 ו- 2009 בהתאמה, ופרסה עבור FET פתרונות מקצה לקצה, כגון תחנות בסיס עתירות ביצועים של 400 WAP ו- WAP 450, פתרונות אימות, הרשאה ודיווח (AAA) / נתביHome Agent (HA)  לרשת CSN

(Connectivity Service Network). רשת ה- WiMAX החדשה מכסה את רוב העיר טייצ'ונג וכיסוי הרשת וקיבולתה יוסיפו להתרחב, ככל שתירשם עלייה בשימוש.

"אנו נרגשים מהשקת שירות ה- WiMAX מדור רביעי, המעניק אפשרויות רבות להרחבה ולהתאמה אישית של שירותים למשתמשים ביתיים, משתמשים ניידים ואף למשתמשים וצרכנים עסקיים", אומר יאן נילסון, נשיא וסגן יו"ר FET. "אנו שמחים לעבוד עם ספק מנוסה כמו מוטורולה אשר פיתח, סיפק ופרס רשת אמינה ועתירת ביצועים ל- FET. הפיתרון מקצה לקצה של מוטורולה, ושירותיה האיכותיים, עוזרים לנו ליצור הכנסות חדשות ולמשוך מנויים חדשים".

שירות ה- WiMAX מדור רביעי החדש, מרחיב את השירותים הניידים שמציעה FET, המבוססים על טכנולוגיות מדור שני, שלישי ודור 3.5. רשת ה- WiMAX יחד עם ציוד באתר הלקוח, מאפשרת למפעיל להציע חלופה זולה לשירות ה-DSL  הביתי בשוק, ומעניקה חוויית בידור ביתי חדשה למשתמשים. הרשת גם תומכת בשימוש נודד ממקום למקום על ידי משתמשים וצרכנים עסקיים. החיבור הנייד המהיר יעיל במיוחד עבור משתמשים כבדים של אינטרנט נייד, המורידים לעיתים קרובות קבצים גדולים ונהנים מסרטים, ממוסיקה וממשחקים תוך כדי תנועה.

"FET הינה חלוצה באספקת שירותי תקשורת מתקדמים בטייוואן. אנו שמחים, כי הטכנולוגיות  והשירותים האיכותיים שלנו יכולים לעזור להם להגיע לעידן הפס הרחב הנייד החדש", אומר ד"ר מוחמד אכתר, סגן נשיא ומנכ"ל חטיבת ניידות ביתית ורשתות במוטורולה באזור אסיה פסיפיק. "מוטורולה היא מובילה עולמית של טכנולוגיית WiMAX, וניסיוננו ומומחיותנו מבטיחים פריסה חלקה ואיכותית של טכנולוגיית דור רביעי מתקדמת למפעילים בעולם כולו".

מוטורולה מעניקה פיתרון WiMAX מלא מקצה לקצה, החורג מעבר לתשתית לשם אינטגרציה של מוצרי ליבה של IP, שירותים המנוהלים על ידי מיקור חוץ ומגוון רחב של ציוד לקוח (CPE) ומוצרי מודם למחשבים נישאים. למידע נוסף על פתרונות ה- WiMAX של מוטורולה בקרו באתר www.motorola.com/wimax.

חטיבת Home&Network Mobility של מוטורולה מספקת פתרונות מדיה מותאמים אישית, הניתנים לאינטגרציה מלאה, ומאפשרים למפעילים לספק חוויות מדיה עשירות למנוייהם. כמובילה עולמית בתחום הווידיאו במכשירי בידור דיגיטאליים, מוקדי שידור (headends) דיגיטאליים לווידיאו IP ועיבוד ווידיאו דיגיטאלי, מוטורולה מיישמת את מומחיותה בתחום הווידיאו, כאשר המפעילים – קוויים, סלולאריים, כבלים ותקשורת – מבקשים לפתח את רשתותיהם לקראת העתיד.

בימים בהם רשתות התקשורת שלנו עמוסות בתעבורת נתונים (שרק הולכת וגדלה) יש צורך בפתרונות הולמים. למשל? ארכיטקטורות של מעבדים מרובי ליבות והתקני תשתית לרשתות מהדור הבא 

מאת: סריניוואסה אדפאלי ורקש ג'והן, Freescale Semiconductor

רשתות התקשורת חוות בימים אלה ממש 'התפוצצות של תעבורה', במלוא מובן המילה. מדי חודש מופיעים ברשת מיליוני אתרי אינטרנט חדשים, שנה אחר שנה, אנו עדים לשימוש מתרחב והולך בטלפונים חכמים [smart phone], שבתורם מרחיבים הן את נפח תעבורת הנתונים והן את תעבורת הקול. שירותים של נתוני קול ונתוני וידיאו עוברים מיזוג. רשתות חברתיות מתפשטות במהירות והדחיפה לכיוון של מחשוב בעננים [cloud computing] הולכת ומואצת. תקשורת וידיאו ווידיאו–צ'אט, הנחשבים יישומים "זוללי" רוחב פס, יהפכו בעתיד לעניין שבשגרה.

באופן מסורתי היה מקובל שרשתות מבוססות מיתוג מעגלים העבירו את תעבורת הקול, ורשתות מיתוג חבילות העבירו נתונים. כיום, רשתות מבוססות מיתוג מעגלים הופכות במהירות להיות עניין השייך לעבר. רשתות מיתוג חבילות מעבירות תעבורה של קול, וידיאו ושל נתונים. בניגוד לתעבורת נתונים אופיינית, התעבורה של קול ווידיאו תלויה בזמן, ולכן גורמים כמו קיצור זמן האחזור [latency] וריצוד [jitter] הופכים להיות בעלי חשיבות גבוהה. כעת, הוטל על התקני תשתית רשתות להתמודד עם מגוון בעיות, כמו למשל, קביעת עדיפות של חבילות קול וחבילות וידיאו, קיצור של זמני אחזור, ריצוד ומניעת מעבר של חבילות "שאינן לפי הסדר" במחזורים [session] של שיחת אודיו או שיחת וידיאו. ובנוסף, אנו מצפים שהתקנים אלו יטפלו בסיווגי שירות שקשורים בהסכמים של רמות שירות ובוויסות [throttling] של תעבורה לא רצויה, כמו למשל הורדות ברשת מעמית לעמית [peer to peer], גילוי וסיכול התקפות על הרשתות וכיו"ב. לא רק שכמות התעבורה גדלה במידה רבה, גם תהליך העיבוד המתבצע על חבילה יחידה התרחב, בהתאמה. כל אלו ודברים נוספים הוכיחו עצמם כגורמים שיוצרים עומס משמעותי על תשתית הרישות ועל התקשורת במונחים של קיבולת, עלות, איכות של שירות, וחשוב באותה מידה – גם במונחים של הזמן הנדרש כדי להסתגל לשינוי.

הגישות הקודמות

בעבר נהגו יצרנים של התקני תשתית רישות להשתמש במעבדי ASIC המיועדים לשימושים מיוחדים, על מנת לעמוד באתגרים הכרוכים בעומסי התעבורה המתרחבים והולכים, במיזוג של קול, וידיאו ונתונים ובאבטחת התעבורה. בגישה זו, המעבדים לשימושים כלליים נותרו כדי לטפל בעיבוד במישור הניהול והבקרה, שעה שמעגלי ASIC טיפלו בחלק העיקרי של עיבוד החבילות. על אף שבאמצעות גישה זו ניתן היה לעמוד בדרישות האתגרים, היא הציבה בפני יצרנים של ציוד רשתות קבוצה חדשה של בעיות. כל הרחבה חדשה שנוספה לעיבוד החבילות, כל שינוי במפרטי הפרוטוקולים או תיקון בעיות בלוגיקת הטיפול בחבילות, גרמו למחזורים ארוכים באספקת המוצרים ולעלויות פיתוח גבוהות יותר מאשר קודם לכן, אשר היו כרוכות בסבבים חוזרים ונשנים לניפוי שגיאות של מעבדי ASIC.

בעיות מובנות אלו הקשורות לגישת ASIC הניעו את התעשייה לחפש חלופה מעשית שעלותה נמוכה, שהתגשמה בצורת דור חדש של מעבדים ייעודיים וניתנים לתכנות, שנקראו "מעבדי רשתות" ו"מעבדי תקשורת". מעבדי הרשתות נועדו לבצע משימות רישות וניתנו לתכנות באמצעות שפת קוד–מיקרו מיוחדת. הבעיות שהיו קשורות במעגלי ASIC נפתרו בזכות יכולת תכנות זו. מעבדים אלו שרתו באופן נאמן, פחות או יותר, את המטרות שלשמן הם נועדו, אך העלויות והמורכבויות הכרוכות בשימוש בהם לא פחתו במידה שיצרני הציוד רצו. התכנות בקידוד המיקרו של מעבדים אלו הוא משימה למומחים וגוזל זמן רב באופן משמעותי לצורך בדיקה וניפוי שגיאות. כמו כן, משאבי היכולת והפונקציונליות המועברים למעבד כזה יהיו מוגבלים עד אשר גרסה חדשה של מעבד תופיע בשוק. לעת עתה, בעיות של תאימות לאחור, שינויי קוד ומחזורי בדיקה עדיין מהווים בעיה.

גישת הליבות המרובות

גישה חדשה, שהיא למעשה גישת כלאיים, באה לשלב בקרים מרובי מעבדים במישורי הבקרה והנתונים. השילוב של מנועי האצה מרובים וליבות מרובות לשימוש כללי עם ביזור גרעיני [granular] של יכולות עומס העבודה, הופך את השבבים מרובי הליבות לאפשרות מעשית עבור יצרני ההתקנים לתשתיות של רשתות. ניתן להפעיל קוד מסורתי [legacy] שנוצר באמצעות כלי מהדרים מסורתיים, ליצור קוד עבור כל פונקציונליות שנדרשת לביצוע במלואה בתוכנה, ולשדרג את הביצועים בעזרת ליבות מרובות. המשמעות של ההסתגלות לשינוי יכולה להיות שימוש בשבבי ריבוי ליבות בעלי צפיפות גבוהה של ליבות ותוספת של פונקציונליות חדשה באמצעות שפת תכנות לשימוש כללי, כדוגמת שפת "C". מעבדים מרובי ליבות, בצירוף יכולות של "מפקח העל" [hypervisor] בחומרה, תומכים בריבוי של קובצי דמות בביזור על פני הליבות ומפשטים את המימוש של מישור הבקרה ואת המימוש של מישור הנתונים בשבבים מרובי ליבות. גישה זו חוסכת עלות ומקטינה את דרישות ההספק, ובמקביל גם מספקת גמישות וביצועים. בגישת ריבוי הליבות, מפתחי ציוד תשתיות לרשתות יכולים להקצות ליבה אחת או יותר לעיבוד במישור הבקרה ובמישור הנתונים. חלוקה של הליבות בין המישורים תלויה בפרישת היישום ובפרישת המטרה.

גישת מעגלי ASIC ומעבדי רשתות ייעודיים למישור הנתונים מספקת בקרת חבילות שלמה ליישומי מישור הנתונים ומשיגה בכך ביצועים והתנהגות זמן אמת עבור יישומים תלויי זמן. בגישת הליבות המרובות, עיבוד חבילות דומה צפוי לענות על דרישות האתגרים. אנו מאמינים שחלק ממרכיבי המבנה הקריטיים הנדרשים הם: שימוש במערכות הפעלה "הפועלת ישירות בחומרה" [Bare-Metal], פעולה עד השלמה [RTC], ביזור אחיד של התעבורה על פני הליבות ושימוש מזערי בפעולות נעילה. 

מערכת הפעלה הפועלת ישירות בחומרה

בשל אופיין של מערכות הפעלה לשימוש כללי, התקורה הכרוכה בהן הופכלת להיות רבה למדי. דוגמאות לכך כוללות את התקורה הקשורה לפסיקות [interrupt] – מערכות הפעלה לשימוש כללי פועלות בדרך כלל על אירועים חיצוניים, כולל הגעה של חבילות באמצעות פסיקות. בקרת החבילות מתבצעת בדרך כלל על ידי מערכת ההפעלה ומספקת נקודות עיגון עבור יישומי עיבוד החבילות. בנוסף, למפתחי יישומים אין אפשרות לשלוט ברבות מבין משימות התחזוקה במערכות הפעלה לשימוש כללי, או שבאופן חלקי אין למפתחים אפשרות לקבוע עדיפות למשימות אלו, ובכך הן גורמות לזמן אחזור נוסף ולריצוד מוגדל בשעה שמתבצעות משימות תחזוקה. מערכת הפעלה הפועלת ישירות בחומרה היא הבחירה הנכונה עבור יישומי עיבוד חבילות. מערכת הפעלה הפועלת ישירות בחומרה היא למעשה אוסף של פונקציות ספריה שמאיצות את הפיתוח של יישומי עיבוד חבילות. פעולה שמתבצעת באופן ישיר בחומרה עם מודל פעולה עד השלמה, פועלת בצורה הטובה ביותר עבור יישומי מישור הנתונים.

עיבוד בפעולה עד השלמה באופן ישיר בחומרה

במודל פעולה עד השלמה, ליבה שקולטת חבילה לא תשחרר את הבקרה עד לשידור החבילה, או עד אשר החבילה נמסרת לאחד ממאיצי החמרה. הקוד שפועל בכל ליבה הופך בהכרח להיות לולאה הממתינה לאירוע (כמו למשל כניסה של חבילה) בדרך של תשאול
[polling] ומעבדת את האירוע, כאשר הוא קיים.

מודל הפעולה באופן ישיר בחומרה עם פעולה עד השלמה מציע יתרונות משמעותיים בביצועים בהשוואה ליישום בתוכנה מסורתית שפועל במערכת הפעלה לשימוש כללי. אין תקורה של מערכת ההפעלה או זמני אחזור של פסיקות עבור העברת חבילות ויש בקרה מלאה על קביעת לוחות הזמנים של החבילות ועל הטיפול בהן. בנוסף, הקוד משתמש בצורה הטובה ביותר בהיררכית זיכרון המטמון [cache] שמוסיפה ומשתפרת על ידי אגירה של נתונים והקשרים חשובים של חבילות בזיכרון המטמון ו"חימומו" באמצעות חומרה של ריבוי ליבות. מאחר שיישום עיבוד חבילות הוא היישום היחיד במישור הנתונים, הוא יכול לנצל את חומרת המאיץ ללא התקורה הנקשרת לדרייברים לשימושים כלליים. בתלות בסוג היישום, לא יהיה זה נדיר לצפות לשיפור של פי שניים או פי שלושה בביצועים, לעומת גישה שמשתמשת במערכת הפעלה לשימוש כללי שבה פועל היישום.

האצת נתיב הנתונים

לא כל היכולות של מעבדים מרובי ליבות שוות. כאשר משתמשים במעבדים מרובי ליבות עבור מישור הנתונים, או מצפים ליכולות של "האצת נתיב הנתונים" הבאות מהמעבדים מרובי הליבות. יצרני התקנים לתשתיות של רשתות צריכים לחפש את ההיבטים החשובים הבאים:

∞          יכולת חלוקת תעבורה: ניתן לצפות ממעבדים מרובי ליבות שיספקו יכולות הבאות להבטיח שנעשה שימוש מלא בליבות. חלוקת תעבורה בחומרה היא אחת היכולות שיצרני ציוד מחפשים. חשוב גם שאמות המידה לחלוקת התעבורה יימצאו בשליטה של יישום מישור הנתונים, על ידי תכנות שלהם בתוך החומרה לחלוקה של תעבורה נכנסת. בין הדוגמאות נמצאות חלוקה מבוססת VLAN, חלוקה מבוססת 5 רשומות קבועות [tuple], חלוקה מבוססת אינדקס פרמטר אבטחה IPsec [SPI] או כל שילוב שלהם.

∞          קביעת עדיפות של התעבורה הנכנסת: על מנת לשמור על זמן אחזור קצר וריצוד נמוך עבור חבילות אודיו ווידיאו ובמקביל, להבטיח שתמיד תהיה גישה לתעבורת הניהול גם במקרים של התקפות DDOS, חשוב שהמעבדים מרובי הליבות יספקו עזרים לקביעת עדיפויות של תעבורה נכנסת. יש להעביר לליבות תעבורה בעלת עדיפות גבוהה על פני תעבורה בעלת עדיפות רגילה או נמוכה. ניתן לצפות שמעבדים מרובי ליבות יהיו ניתנים לתכנות כדי להגדיר את אמות המידה לקביעת העדיפויות.

∞          קביעת מדיניות של תעבורה: חיסכון במחזורי יע"מ [CPU] הוא אחד ההיבטים החשובים. כל התעבורה שאינה רצויה או התעבורה שחורגת מערכי סף מוגדרים אמורה שלא להיראות על ידי הליבות. יש לחפש את תכונת קביעת המדיניות של התעבורה בחומרת המעבד כדי שיוכל להגן על עצמו מפני מצב של הצפה בתעבורה.

∞          האצת אבטחה: שיטות לאבטחת נתונים כדוגמת IPsec, MACsec ו–SSL/TLS פרושות כיום בצורה נרחבת בהתקני תשתית רבים. מאחר שמעורבת בהן הצפנה, הן צורכות משאבי מחשוב רבים. מעבדים מרובי ליבות אמורים לספק אינטגרציה עם מנועי האצה כדי להסיר מהליבות את העומס של פעולות אלו, שצורכות משאבי מחשוב רבים. חלק מהמעבדים מרובי הליבות כמו למשל משפחות המעבדים P3 ו–P4 של Freescale מתקדמים צעד אחד קדימה ומספקים הסרה מלאה של עומס הפרוטוקולים (כימוס
[encapsulation] וגילוי מכימוס [decapsulation] של כותרת הפרוטוקולים IPsec, MACsec, SRTP ו–SSL ופונקציות נוספות ייחודיות לפרוטוקול) ומשאירים מחזורים נוספים כדי שהליבות יוכלו לבצע משימות חשובות אחרות.

∞          ניהול תורים וניהול מאגר זיכרון: לכל יישום של עיבוד חבילות רשת נדרש ניהול חופשי של מאגר הזיכרון [buffer] בפעולות כמו הקצאה ושחרור של בלוקים בזיכרון. כמו כן, ליישומי מישור הנתונים נדרש ניהול תורים כדי להעביר חבילות למנועי חומרה שונים או לליבות אחרות כדי לטפל במשימות מסוימות. אולי הפעולות הכרוכות בניהול תורים ובניהול של זיכרון חופשי לא נראות עמוסות, אך הן צורכות מחזורי יע"מ משמעותיים כשמבצעים אותן שוב ושוב ולעתים קרובות. המפתחים של יישומי מישור הנתונים מברכים תמיד כל תמיכה של חומרה בפעולות אלו.

לסיכום, מעבדים מרובי ליבות הופכים להיות הבחירה הנכונה העיקרית של יצרני ההתקנים לתשתיות של רשתות שמבקשים לממש ארכיטקטורות מבוססות מישור בקרה ומישור נתונים. תמיכה ב"מפקח על" בחומרת מעבדים מרובי ליבות מפשטת את השימוש בשבב מרובה ליבות עבור מישור הבקרה ועבור מישור הנתונים, ומובילה לחיסכון בעלות. תמיכה בהאצת נתיב הנתונים בחומרה בשילוב עם "מערכת הפעלה הפועלת ישירות בחומרה" ועם מודל התוכנה "פעולה עד להשלמה" מסייעת ליצרנים לעבור בבטחה ממעגלי ASIC וממעבדי רשתות ייעודיים למעבדים מרובי ליבות ועדיין לעמוד בדרישות התפוקה, בזמן האחזור והריצוד של הרשתות של ימינו.

החוקרים בנו אב טיפוס של כרטיס אלקטרוני המאפשר דגימת אותות בפס רחב תוך שימוש בקצב דגימה נמוך במיוחד; הפיתוח עשוי לאפשר דגימת אותות מהירים, שמירתם ועיבודם בצורה יעילה במאות אחוזים מהקיים; הטכניון רשם מספר פטנטים על הטכנולוגיה; שוק הדוגמים נאמד במיליארדי דולרים בשנה

חוקרים מהפקולטה להנדסת חשמל בטכניון הצליחו להשיג פריצת דרך עולמית בטכנולוגית הדגימה, ובנו אב טיפוס של כרטיס אלקטרוני המאפשר דגימת אותות בפס רחב תוך שימוש בקצב דגימה נמוך במיוחד. בתעשייה נהוג לאפיין מערכות דגימה לפי קצב הדגימה, נפח האיחסון הנדרש וסיבוכיות החישוב של המערכת. הפיתוח הטכניוני מזניק את היכולת במאות אחוזים בכל שלשת הפרמטרים. הכרטיס שנבנה בטכניון דוגם סיגנלים בפס רחב תוך שימוש בקצב דגימה נמוך במיוחד. כתוצאה, נפח האחסון וסיבוכיות החישוב התומכת בפעולת המערכת קטנים משמעותית. שוק הדוגמים העולמי נאמד במיליארדי דולרים בשנה, והטכניון רשם מספר פטנטים על ההמצאה.

דוגמים בעלי פס רחב הקיימים כיום בשוק הינם עתירי חומרה או מבוססים על תוכנות מורכבות בכדי לאפשר קליטה של אותות בפס רחב וקצב שמירה ועיבוד גבוה של מידע דיגיטלי. חוקרי הפקולטה להנדסת חשמל בטכניון, פרופסור יונינה אלדר והדוקטורנט שלה משה משעלי, בנו אב-טיפוס של דוגם המצריך מעבד אחד בלבד. ההמצאה חוסכת גם את הצורך במעבדים בעלי יכולת חישוב גבוהה. ההערכה היא שהעלות לרכיב ביצור תעשייתי תהיה זולה בעשרות רבות של אחוזים ביחס לדוגמים מהירים הקיימים היום בשוק.

במהלך העבודה על נוסחאות מתמטיות סבוכות הצליחו שני חוקרי הטכניון "לשבור" את המחסום הבסיסי שנוסח בתחילת המאה הקודמת במשפט הדגימה של נייקויסט ושנון. לפי משפט זה, אם דוגמים אות בקצב כפול מהתדר המקסימלי באות, אזי אפשר לשחזר את האות במדויק על ידי עיבוד מתאים. משפט זה הינו עמוד התווך של התקשורת הדיגיטלית, ועומד בבסיסם של רוב

המכשירים הדיגיטליים כיום. מאחר שהשאיפה כיום היא להשתמש במכשירים אלו בפס רחב ככל האפשר, יש צורך להגביר את קצב דגימת האותות. מגבלות טכנולוגיות מגבילות כיום את המהירות המירבית בה ניתן לדגום, וכתוצאה מכך נדרשים נפח אחסון גדול, הספק וכמובן עלות גבוהים.

להמצאה האמורה יישומים פוטנציאליים רבים, כגון שיפור ביצועי רדאר והגדלת הקיבולת של תקליטי שמע. שוק פוטנציאלי נוסף הוא השוק הרפואי, שם מתורגמת מהירות הדגימה לזמן החשיפה של המטופל להתקן הפולט קרינה מסוכנת. מנקודת הראות הכלכלית יש כאן יתרון גדול, שכן יותר מטופלים יוכלו להיבדק.

"במכשירים דיגיטליים אות פיסיקאלי מיוצג על ידי סדרה של 'ביטים'. למשל, מוסיקה או תמונה מאוחסנות במחשב באמצעות סדרת מספרים", מסבירה פרופסור אלדר. "האוזן לא יכולה לשמוע מספרים, כמובן", היא מוסיפה. "כאן נכנס תהליך הדגימה והשיחזור. המטרה בשלב הדגימה היא להמיר באופן חכם אות פיסיקאלי לביטים, כלומר, לסידרה של 'אפסים' ו'אחדים'. ה'טייפ' הדיגיטאלי דוגם את האות המושמע ומתרגם אותו לביטים. המפתח בשלב זה הוא לבצע את ההמרה באופן שיאפשר בהמשך ליצור מחדש את האות האמיתי. יצירה זו מתבצעת בשלב השחזור, כאשר הביטים מתורגמים לאות פיסיקלי אותו ניתן לשמוע או לראות".

"מי מאיתנו לא רגיל לומר – צפיתי בסרט באיכות HDTV או שמעתי מוסיקה מהנגן הדיגיטלי", מוסיף משה משעלי. "אנו שוכחים שהמערכת האנושית מסוגלת לחוש, לראות ולשמוע רק אותות פיסיקאליים. איש אינו מסוגל לראות או לשמוע סדרות של מספרים. בממשק בין העולם הדיגיטלי לעולם האנלוגי יש רכיב הדוגם את האות הפיסיקלי לסדרה של מספרים, ובסופו מבוצע שיחזור לעולם הפיסיקאלי שהמערכת האנושית יכולה לקלוט."

המשפט הבסיסי של נייקויסט ושנון, אשר נלמד במשך שנים כאבן היסוד של תורת הדגימה, מכיל בתוכו הנחה מחמירה לגבי תכולת האותות. מטרתו של משה משעלי, בהנחיית פרופסור אלדר, היתה לתכנן מערכת דגימה אחת עבור אותות עם פסי שידור רבים ורחבים, כך שהמערכת תוכל לדגום ולשחזר אותות אלו בקצב נמוך משמעותית מהקיים כיום. פריצת הדרך הושגה על ידי ניצול העובדה שבחלקים מהספקטרום אין שידור. "הרעיון הוא לנצל בחוכמה את ה'חורים' בספקטרום, כדי להוריד משמעותית את קצב הדגימה בלי לפגוע באות", מסבירה פרופסור אלדר. "הקושי הוא בכך שמאחר שאיננו יודעים היכן בספקטרום נמצאים אותם חורים, מודלים מתמטיים מסורתיים כבר אינם יכולים לסייע באיפיון של אותות אלה ובעיבודם. מה שעלה בידינו להוכיח הוא שעצם העובדה שאנו יודעים שהאות אינו תופס את מלוא הספקטרום מאפשרת לנו להפחית את קצב הדגימה, דבר שלא התאפשר עד כה".
לגילוי זה קדמה עבודה מתמטית רבה וממושכת, והוא מעורר עניין רב בעולם המדעי משפורסם בעיתונות המדעית.

בתמונה: מערכת בדיקה לכרטיס הדגימה שפותח בטכניון. צילום – דוברות הטכניון.

ראיון, דעות והשקפות עולם עם – Ian Drew, EVP Marketing בחברת ARM

איאן דרו [Ian Drew] הצטרף לחברת ARM ביולי 2005 כסגן נשיא הממונה על שיווק מגזרי. במסגרת תפקידו, הוא אחראי לתוכניות השיווק של ARM ברחבי העולם דרך כל אחד מבין חמשת המגזרים הבאים: מכשירים ניידים, מוצרי צריכה ומוצרים לבית, התקנים משובצים, התקנים עבור ארגונים ומגזר המוצרים המתפתחים.

לפני הצטרפותו לחברת ARM, עבד איאן במשך 14 שנים בחברת Intel, בתפקידים ניהוליים בכירים שונים ברחבי העולם, בהם אסיה, רוסיה, אירופה וארה"ב. בתפקידו האחרון, שימש כמנהל כללי של המשרדים ברוסיה ובמדינות חבר העמים, שהיו ממוקמים במוסקבה, והיה אחראי לכל פעילויות המכירה והשיווק באזור. קודם לתפקידו כמנהל כללי במוסקבה, ניהל איאן את קבוצת התקשורת של Intel באסיה.

חברת ARM היא הספקית המובילה בתעשייה לפתרונות של מעבדי מיקרו ב–RISC, משובצים ל–16/32 סיביות. החברה מעניקה לחברות אלקטרוניקה בינלאומיות מובילות רשיונות שימוש בתכנונים שלה למעבדי RISC, להתקנים היקפיים ולמערכות על שבב – כולם בעלי ביצועים גבוהים, עלותם נמוכה ונצילות ההספק שלהם גבוהה. חברת ARM מספקת לשותפיה פתרון טכנולוגי מקיף שמורכב מליבות, כלים, פלטפורמות, ורכיבי נכסים אינטלקטואליים (IP) אחרים, שדרושים לפיתוח של מערכת שלמה.

"אנו – מעולם לא נכשלנו. על אף שייתכן, שלעתים לא הצלחנו!" מביע איאן את השקפתו. והוא מוסיף, "חלק מהחומר המקוון שלנו לא היה כל כך מוצלח מפני שהיינו סבורים שרשת האינטרנט היא הדלת הראשית שדרכה אנו יכולים להציג את המוצרים שלנו, אך מה שאנשים באמת רצו לקבל מאתר האינטרנט שלנו היה בית עם כמה דרכי כניסה, משהו עם פתחים רבים שדרכם ניתן להיכנס אליו, מקום שהיה אכן מלא חורים", אומר איאן ונותן בכך ביטוי למה שהוא חושב על כשלים בשיווק.

האנשים בחברת ARM מלאי ציפיות ממערכת ההפעלה Chrome שהושקה על ידי Google לא מכבר, ורואים הזדמנויות עסקיות רבות באפשרויות שהיא מציעה. כך סבור דרו, לאחר שמערכת ההפעלה Chrome נחשפה לציבור, ציין דרו שהוא לא יכול היה לחזות אם העקרונות המהפכניים העומדים ביסודה של מערכת ההפעלה החדשה עומדים להיות אכן כה מוצלחים, אך עם זאת, הוא לא היה מעז לצאת חוצץ מול חברה שהצלחותיה עד כה מוכחות ללא עוררין.

"זה באמת נושא מעניין למדי", אמר דרו, ומוסיף "הייתי אומר שיש לכך כמה וכמה סיבות. החל בכך שמערכת ההפעלה Chrome מותחת את הגבולות של תהליך החשיבה לגבי המקום שאליו רשת האינטרנט מתקדמת ועד לכך שהיא מהפכנית למדי באופן שבו היא מורכבת.

"איני יודע בוודאות אם היא תצליח או לא, אבל לפני ארבע שנים בני אדם טענו שמערכת ההפעלה Android לא תצליח "להמריא", וזמן מה לאחר מכן אנשים כבר עמדו בתורים ארוכים כדי לרכוש את G1 Smartphone שפעל עם מערכת ההפעלה Android. האם ניתן לומר שזו היא מסקנה הכרחית? ממש לא. אבל האם זה מעניין? כן – ועוד איך!"

דרו מדגיש את העובדה שעל אף שמשתמשים רבים רגילים לדרך שבה פועלים יישומים מסוימים באופן מקומי, קיים דור שלם, חדש, שאינו מבחין בהבדל גדול, אם בכלל, שקיים בין הדפדפן לבין המחשב. "במונחים מעשיים, הכוונה כאן אינה מצביעה עלי אלא מוכוונת יותר לבנותיי אשר משתמשות באינטרנט לכל דבר כמעט," מסביר דרו. "יש לפנינו עוד שנה שלמה עד היציאה לשוק, כלומר, יש עדיין מספיק זמן עד שכל 'מחלות הילדות' יתכנסו לפתרונות." והוא ממשיך: "Google מנסה לעשות משהו שהוא בגדר מהפכה [revolution] ולא סתם תהליך של קדמה [evolution], ואיש אינו יכול לומר שהם שוגים. כולנו ממתינים בקוצר רוח לראות זאת."

"תהליך זה מביא עמו לשוק נקודות בידול לא מעטות, ואם נתבונן מנקודת מבטם של יצרני ציוד המקור [OEM], הרי שכל הזמן מופיעים מודלים עסקיים חדשים מלאי אתגר." ודרו מסכם את דבריו, "האופן שבו אדם משתמש ברשת האינטרנט הוא נושא מרתק ביותר כיום. האם אנו רואים כעת את התשובה הסופית? את זה לא אוכל לומר."

דרו שבע רצון מהעובדה שחברת ARM – "חברה בריטית קטנה" כפי שהוא מכנה אותה – מעוררת ומושכת תשומת לב רבה כיום, על אף שבהגינותו הוא מוכן להצביע על העובדה שהמוקד על שותפותיה של החברה חזק גם הוא באותה מידה.

"המודל העסקי הסתובב מאז ומעולם סביב קידום שותפים", מכריז דרו. "אבל ממש נעים לזכות בהכרה, ונעים עוד יותר לקבל הכרה בזכות המודל העסקי שלנו. באותה מידה, תשומת הלב היא בעניין המערכת הסביבתית (ecosystem) של ARM, וההכרה שבה אנו זוכים היא עבור השותפים שלנו".

פרופיל הגידול של ARM מעיד על מעבר מנוכחות חזקה למדי של החברה בתחום הטלפונים הניידים לכיוון של עולם מחשבי הרשת (netbook), עובדה אשר ללא כל ספק, מעוררת את העניין שיש לדרו. "הארכיטקטורה של ARM מאפשרת לחולל את הסיפור הזה של האינטרנט" הוא אומר. "טלפונים חכמים (smartphone) נמכרים בהיקפים גדולים יותר מאשר מחשבים ניידים, וגל חדש של אנשים נמצאים מבקרים באינטרנט בזכות ARM. בבוא היום, כאשר מחשבי רשת יצאו עם הטכנולוגיה של ARM, יהיה זה גל נוסף של ארכיטקטורה המניעה את רשת האינטרנט."

מאת: חלי פומרנץ גרבר

מאת: תומס קאמרון ופידר פורבס

חלק שני

מקמ"ש פס הבסיס לאות מעורב AD9863

AD9863 שהוא חלק ממשפחת MxFE של ממירים משולבים לשוק התקשורת, מתאים במיוחד ליישומים של תאי פמטו בעלות נמוכה וביצועים גבוהים. הוא משלב שני ממירים מאנלוגי לספרתי ב–12 סיביות ושני ממירים מספרתי לאנלוגי ל–12 סיביות, מסוג TxDAC. ממירי ADC מותאמים באופטימיזציה לדגימה בקצב של 50 מגה–דגימות בשנייה, או פחות. ממירי DAC, הפועלים במהירויות עד 200 מגה–הרץ, כוללים מסנן אינטרפולציה 2× או 4× שניתן לעקיפה. גודל המקמ"ש, הנתון במארז LFCSP בעל 64 מגעים, הוא 9 x 9 x 0.9 מ"מ בלבד. AD9863 מצוין כאן, אולם גם רכיבים אחרים במשפחת MxFE מציעים גמישות בבחירת הביצועים ובבחירת ממירי העזר של מעגלי הבקרה.

איור 4. תרשים בלוקים של AD9863.

אפיק קלט/ פלט של 24 סיביות דו–כיווני מספק מגוון של התקני ASIC ו–DSP לפס הבסיס אשר אותם אפשר להשיג באופן מסחרי. האפיק הגמיש מקטין את מספר הפינים ואת גודל המארז. עבור W–CDMA בשידור FDD, המקמ"ש AD9863 מפעיל בו זמנית את ערוצי השידור והקליטה. הפעלה זו דורשת שימוש במצב של דופלקס מלא – אפיק ואפיק סירוגי אחד לנתוני שידור ב–12 סיביות.

ליבת DAC ממירה את הנתונים ב–12 סיביות לשתי יציאות זרם הפרשיות ומעבירה אותם אל DAF4602–1 דרך רשת נגדים, כפי שמוצג באיור 5.

איור 5. ממשק פשוט בין AD9863 לבין ADF4602–1

בממירי DAC משולבות בקרות ניתנות לתכנות של הגבר עדין והיסט מתח ישר לפיצוי על אי–התאמה בין ערוצי I ו–Q, כדי לדכא הזנת LO ולשפר את ביצועי EVM. אפשר בקרות ההיסט ב–10 סיביות מספקות עד ±12% לכל אחת מהיציאות ההפרשיות ומאפשרות כיול של כל השפעה.

כניסת ממיר ADC מורכבת מנגד כניסה הפרשית של 2 קילו–אוהם ומעגל של קבל ממותג. ממתח הכניסה יכול להיות עצמי או שאפשר לתכנת אותה כדי שתקבל ממתח מתח ישר חיצוני. רמת המתח המלאה של כניסת ADC ההפרשית היא 2 וולט משיא לשיא.

פתרון לאות השעון של תא פמטו

לתא פמטו נדרש אות שעון מדויק ביותר לייחוס – ±0.1 ppm, כדי לעמוד במפרטי 3GPP. תיאור בין השיטות להשגת דיוק כזה ניתן למצוא את השיטות לסנכרון תאי מאקרו באמצעות ניטור המקלטים, לסנכרון אל מערכת GPS ושיטות שימוש בפרוטוקול IEEE 1588, על אף שאלו אינן נכללות בהיקף המאמר הזה. מעגל בקרת התזמון לייחוס מייצב את אות תדירות המקור. במעגל ההערכה ADI משמש מתנד VCTCXO של 26 מגה–הרץ כייחוס
ל–ADF4602–1. לולאה נעולת השהיה (DLL) מחוללת 19.2 מגה–הרץ, שהוא כפולה של 3.84 מגה–הרץ, אות השעון של שבב W–CDMA. אות זה משמש אות שעון בכניסה של AD9863.

למקמ"ש AD9863 יש קונפיגורציה רבת משתנים של אות שעון. קצבי אותות השעון של ממירי ADC ו–DAC וההגדרות של לולאת PLL ושל מעגל האינטרפולציה מבוקרים בתוכנה ומאפשרים ביצוע אופטימיזציה של ההספק לעומת הביצועים. דף הנתונים של AD9863 מספק תיאור מלא של מצבי הפעולה. כל המרות התדרים משולבות במעגל ומאפשרות לתא–פמטו לעמוד בתנאים המדויקים הנדרשים על ידי השוק.

מגברי ת"ר

המגברים שנבחרו עבור דרגת ההספק בת"ר (RF) זולים והם בעלי ביצועים גבוהים ופס רחב ליניארי, שמיוצרים בתהליך InGaP. הם מגבירים באופן ליניארי את היציאה של ADF4602–1 ומפצים על הפסדים במרבב ת"ר וברשתות המיתוג. ADL5542 כולל ממתח ותיאום פנימיים. ל–ADL5320 נדרש מעגל תיאום חיצוני והוא נתון במארז SOT–23 פלסטי. שני המגברים פועלים ישירות ממתח אספקה של 5 וולט, כך שלא נדרש מעגל נוסף. טכניקות קנייניות ששימשו בתכנון של מגברי ת"ר במערכת ADI מספקות ליניאריות יוצאת דופן לעומת זרם אספקה.

ההספק במוצא השידור והתמודדות עם הפרעות

על מנת להתמודד עם הפרעות, תא פמטו חייב לקבוע את הספק המוצא שלו באופן גמיש ובחוכמה כדי להתאים לפרישה במקום שבו תאי פמטו רבים הפועלים באותה התדירות ממוקמים בסמיכות רבה זה לזה (למשל במתחם של בנייני דירות). במקום כזה יהיה על כל תא פמטו לשדר בהספקי מוצא נמוכים, כדי להימנע מהפרעות באותה התדירות. בנוסף, אסור שתא פמטו יגרום הפרעות לתאי מאקרו בתחנות בסיס בסמיכות גיאוגרפית הפועלות בערוץ קרוב, שכן הוא עלול לגרום להופעה של נקודות מתות לטלפונים סלולריים המחוברים לרשת של תא המאקרו. לכן יהיה לתא פמטו דרישה להגנת ערוצים סמוכים, שתאלץ אותו למדוד את ההספק של הערוץ בחיבור היורד הסמוך ולקבוע את ההספק שלו עצמו לפי נוסחה שנקבעה מראש כך שלא תופרע פעולת תא המאקרו.

כדי שיעמוד ביעד המחיר הנדרש ובהתקנה קלה על ידי הלקוח, טכניקות התמודדות אלו עם הפרעות חייבות להיות אוטומטיות ואסור שיידרש להן קלט מטכנאי או ממשתמש שעברו הכשרה. התהליך חייב להתחיל באופן אוטומטי כשהתיבה מופעלת לראשונה על ידי המשתמש, והוא חייב להתעדכן לאחר מכן במרווחי זמן סדירים. מקלט הניטור לפס התדרים 1 שבתכנון של ADI עם טווח השידור הדינמי הרחב של ADF4602–1 מאפשרים לייצרן תא הפמטו לממש את הטכניקות האלו להתמודדות אוטומטית עם הפרעות ללא קלט חיצוני. המקלט המנטר מאפשר מדידה מדויקת של ההספק בערוץ הסמוך וכוונון של הספק המוצא בהתאם. יידרשו לכך כ–30 dB של הטווח הדינמי בהספק השידור הכולל.

מדידות ביצועי הרדיו

על מנת לבצע הערכה של המקמ"ש לעומת מפרט מערכות הרדיו TS25.104, שולב מערך המקמ"ש המתואר לעיל במעגל הערכה. פלטפורמת ההערכה, המתוארת באיור 6, מאפשרת בדיקות נפרדות לשרשרות השידור והקליטה וכן לרכיבים בודדים. מעגל ההערכה כולל את הפונקציונליות של תרשים הבלוקים שבאיור 1 (מהחלק הראשון). חלק הרדיו, הכולל את ADF4602, AD9863, ADL5542, ADL5320, מתנד VCTCXO ואת כל המתגים והמסננים הקשורים, ממלא שטח של 2.54 x 5.1 ס"מ בערך על המעגל. שים לב שמעגל זה לא עבר אופטימיזציה לחסכון במקום מפני שהוא נוצר למטרת הבדיקות, אך אפשר להגיע לתכנון קומפקטי יותר לייצור. חלק מתוצאות הבדיקה החשובות מול מפרטי TS25.104 מצורפות בהמשך כדי להדגים את ביצועי ערכת השבבים של ADI במעגל ההערכה.

איור 6. מעגל הערכת ADF4602–1 ו–AD9863

איור 7 מציג את מדידות הרגישות של מקלט פס התדרים 1. רגישות המקלט היא אמת מידה ליכולת המקלט לגלות אות ברמה נמוכה ומהווה סימן לספרת הרעש של המקלט. במדידה זו נעשה שימוש במקור ייחוס של 12.2 קילו–הרץ. ההגבר של ADF4602–1 נקבע ל–80 dB. רגישות המקלט הייתה גבוהה מהנדרש במפרט TS25.104 ב–6 dB או יותר על פני פס התדירות.

איור 7. רגישות מקלט פס התדרים 1.

נתון מפרט חשוב נוסף של המקלט הוא הביצועים בתנאים של חסימה. בדיקות החסימה מבצעות הדמיה של היכולת לקלוט את האות הרצוי בנוכחות של אותות בלתי רצויים בעוצמה גבוהה בערוצים סמוכים. אות הייחוס ב–12.2 קילו–הרץ לפי מעבדות UL נקבע
ל––101 dBm, והאותות החוסמים הופעלו עד שנמדד יחס BER של 10–3. בכל שלושת האופנים שנמדדו (לפי המפרט), התוצאות שהשיג ADF4602–1 עלו על הנדרש במפרט TS25.104 (טבלה 1).

טבלה 1. סיכום של בדיקת המקלט בחסימה לעומת דרישות מפרט TS25.104

ציונים חשובים לאיכות שרשרת השידור הם יחס הדליפה לערוצים סמוכים (ACLR) ועוצמת וקטור השגיאות (EVM). בשני המקרים בדיקות אלו מספקות מדד חשוב לליניאריות של שרשרת השידור המשולבת. תרשים של הספקטרום ביציאה ששימש במדידות ACLR מוצג באיור 8.

טבלה 2. סיכום של בדיקת המשדר לעומת דרישות מפרט TS25.104

איור 8. מדידת ACLR עבור אות פס 1 ב–W–CDMA עם הספק מוצא של 13 dBm.

איור 9 מציג תרשים EVM עבור קונפיגורציה אופיינית של תא פמטו שבו שני ערוצי HSDPA וכמה ערוצי קול או נתונים. עוצמת EVM המשולבת היא פחות מ–4%. הערכה של המעגל הראתה שעוצמת EVM נובעת בעיקרה מדליפה מהמתנד המקומי (LO) שנוצרה ממתח ההיסט בפאזה ובניצב (I/Q) בכניסת המרבב, תכונה של משדרים בהמרה ישירה. כפי שצוין לעיל, אפשר לכייל את ההיסטים האלו בעזרת בקרי היסט המתח הישר של AD9863. תיאור מלא של שיטת כיול זו מסופק בדף היישום

איור 9. מדידת EVM בקונפיגורציה אופיינית של תא פמטו.

מסקנה

היישום המתפתח של תא פמטו מציג אתגר ייחודי בפני המתכנן בתחום הרדיו לפיו יש להקטין עלויות למינימום תוך שמירה על ביצועים של תחנת בסיס. ערכת השבבים בדור 3 של ADI המורכבת ממקמ"ש הרדיו המשולב ADF4602–1, מקמ"ש פס הבסיסי AD9863 וממגברי ת"ר ADL5542 ו–ADL5320 מאפשרת למתכנן תא הפמטו לעמוד בדרישות מפרט TS25.104 במסגרת ממדים מכניים קומפקטיים.

ההרגלים הייחודיים של ילידי ה"דור הדיגיטלי" כצרכנים כבר כאן כדי להישאר ואף להפוך בעתיד הלא רחוק לזרם מרכזי. צרכנים אלו נולדו לתוך מציאות דיגיטלית ורגילים לצרוך תוכן לפי דרישה, בכל זמן ואף נוטים לפתח הרגלי "צריכה מעורבת" של תכנים. לרבים מהם אף לא משנה אם הגיעו לתכנים אלו באופן חוקי או לא. זו הסיבה שתעשיית הטלקום והמולטימדיה רואה בילידי הדור הדיגיטלי הזדמנות עסקית ברורה. ילד בן 5 אינו מבדיל בין מסך הטלוויזיה ובין מסך המחשב.

באופן מסורתי נטו הצופים לצפות בשידורי הטלוויזיה על בסיס לוח שידורים, בו תוכן מסוים הופץ בזמן נתון לערוץ נתון, במדיה מסוימת. לפיכך, בחרו גם המפרסמים לפנות אל קהלי היעד שלהם על בסיס שעות צפיית השיא. עם כניסתם לשוק של שירותים חדשים, ביניהם שירותי מולטימדיה ומכלול רחב של מקורות גישה למידע ושידור, החלו הצרכנים לשנות את דפוסי צריכת המדיה שלהם לצריכה לפי תוכן ובזמן שיבחרו, בתלות במבחר התוכן המוצע.

טלוויזיה בסלולאר, טלוויזיה על גבי רשתות IP מתקדמות (IPTV), מחשבים עם יכולות מדיה, שיתוף קבצים, תוכן אינטרנטי, הזרמת מדיה, משחקי אונליין וטכנולוגיות נוספות מספקים לצופה גישה ליכולות, שירותים ואפשרויות חדשות. כיום לא קיים ממשק אחיד, שמציע לצופה את כל האפשרויות גם יחד או מקנה לו את כל השליטה הדרושה לו. בכדי למלא את החסך, יוצרים הצופים לעצמם "מודלים ביתיים", המהווים שילוב של מספר פתרונות לגיבוש פתרון המותאם לדרישותיהם והרגליהם.

טלוויזיית העתיד תאפשר לצופים לצרוך תוכן ולתקשר בו זמנית ועל גבי מסך אחיד; כך לדוגמא נוכל לצפות בתוכניות בהן נוכל להצביע באמצעות הנייד הסלולארי כשלט, ננהל שיחות וידאו/קול נכנסות תוך כדי המשך צפייה אקטיבית. הטלוויזיה תכלול ספר טלפונים מבוסס קישור וניתן יהיה לקבל מסרים מיידיים אישיים תוך כדי צפייה, הורים יוכלו לשלוט בתכני הטלוויזיה של הילדים מרחוק וניתן יהיה לבנות לוחות זמנים לשידור ולהקלטה בהיותך מחוץ לביתך באמצעות הנייד הסלולארי. נוכל גם לגשת לקבלת עזרה במהלך תוכניות "בחינת ידע" ולצופים חובבי הספורט יש הזדמנויות מעולות בטלוויזיית העתיד בהן ניתן יהיה לבחור את זווית הצפייה מתוך מבחר מצלמות המשדרות בו זמנית בשידור חי יחד עם יכולת למסך מגע בו ניתן לקבל אינפורמציה על כל שחקן בלחיצה קטנה ועוד דברים רבים וטובים. נוכל להמשיך לצפות בשידור על גבי הנייד הסלולארי ולהיפך עם הגעתנו הביתה נוכל להעביר את השידור מהנייד אל המסך הפרטי. קהל הצופים יוכל גם להשתמש במצלמות המוטמעות במכשירי הטלוויזיה או הסלולאר שלהם ולהפוך לאקטיביים בתוכניות הטלוויזיה, MeOnTV. צופים יוכלו גם להשתמש במצלמות המותקנות בטלוויזיה בכדי לעקוב אחר המתרחש בבית, באמצעות הטלפון הסלולארי, תוך מעבר מממיר אחד למשנהו.

רשתות שידור יאפשרו לצופים לפרוץ לשידור-חי מביתם. רשתות הטלוויזיה יבנו ספריות תוכן לעידוד המוטיבציה של הצופים להעביר מידע מוקלט שעשוי לעניין את כלל הציבור, אירועי שטח ועוד, תוך תשלום על מידע ששודר. ככל שאנו נתחיל לתקשר מול המסך העתידי, שידור דו כיווני, נעבור ממודל של צופי טלוויזיה פאסיביים לצופים אינטראקטיביים או ממודל של השענות לאחור למודל של נטייה קדימה.

בו בזמן, פרסונאליזציה של התכנים תאפשר לצופים לבנות את חבילות השידור או הוידיאו לפי דרישה (VOD), על פי העדפותינו האישיות, בדומה לשירות ההעדפות שלנו בסרגל המועדפים באינטרנט. את השירות ניתן יהיה לקבל על גבי טלפון סלולארי, ממיר והתקנים נוספים והוא יכיל מידע עדכני בדומה לאפליקציות בחנות האפליקציות של אפל – באמצעות ממשק גרפי אחיד. מנוע חכם יוכל לזהות את דפוסי הצפייה וניתן יהיה לקבל תוכן יעודי או גם פרסום בהתאם למיקום הגיאוגרפי. צופים יוכלו לבנות ספריות תוכן בהתאם להעדפותיהם האישיות; ערוצי טלוויזיה, תכנים אישיים, ערוצי אינטרנט או אף מידע ותכנים המגיע מיוזמה של חברות הזנק רבות. עידן הערוצים כפי שאנו מכירים היום יסתיים.

כניסת השירות תאפשר גם למפרסמים לפלח ביתר קלות את קהל הצופים בהתבסס על פרופיל המשתמש, הכולל פרטים כמו גיל, מין, איזור מגורים, פרופיל צפייה וכדומה. קהל המפרסמים יוכל לייעל את פילוח קהלי היעד ולמקד את מסריו יחד עם מתן ערך נלווה. בשל כך יוכל לבנות ולהציע מודלים חדשים לתמחור הפרסום. מנגד יפגוש הצופה רק בפרסומות הרלוונטיות לפרופיל האישי שלו, יבחר באם לגשת למידע פרסומי נרחב, יחליט באם להיות אקטיבי, לרכוש או להביע דעה, ומגד המפרסם יקבל מידע מדויק על אחוזי הצפייה ובכך למקסם את ההשקעה.

מבט קצר למדיה של העתיד:

אתם מתחילים לצפות בסדרה האהובה עליכם בטלוויזיה. נותרו עשר דקות לסוף התוכנית ובצידו של המסך קופצת חלונית עם תמונת חברכם הטוב (אשר מזהה כי אתם מקושרים ולכן מתקשר). אתם מפעילים במהירות את ההקלטה בכדי להקליט את הדקות הנותרות של התוכנית ועונים לשיחת הוידיאו. אתם מחליטים להיפגש בבית חברכם. בעת שאתם בבית חברכם, אתם בוחרים להמשיך לצפות בדקות הנותרות של התוכנית על גבי מסך הטלוויזיה בבית חברכם תוך שימוש בנתוני הגישה שלכם. בו בעת, אתם מקבלים הודעת "מה משודר על המסך הביתי" מביתכם אל הטלפון הנייד שלכם, המבשר לכם כי ילדכם צופה בסדרת טלוויזיה במקום להכין את שיעורי הבית. בנגיעה על הממשק של "שלט רחוק" בנייד שלכם אתם שולחים הודעה כתובה למסך הטלוויזיה של הילד בביתכם ובנוסף יתכן ותגבילו גם את צפייתו בטלוויזיה.

טלוויזיית העתיד תתקיים עם מימוש היכולות של תשתיות המולטימדיה על גבי IP יחד עם רשתות הדור הבא תוך אימוץ סטנדרטים פתוחים (IPTV, DLNA, IMS), זאת על מנת לאפשר למשתמשים ליהנות מכל הטכנולוגיות המתקדמות הקיימות כבר היום, וזה לא יסתיים בכך. כבר היום אנו עדים לשינוי גדל והולך בתחום מסכי הטלוויזיה, המסכים הופכים ליותר ויותר דקים עד לכדי דגמי ניסוי של מסכים גמישים. מסכי העתיד יוכלו לזהות את הצופה ולהפעיל גם "סמכות הורית" באופן אוטומטי.

לטלוויזיית העתיד יהיה שלט בעל מסך מגע עם רזולוציה גבוהה, במקום לחצנים. השלט יהיה עם יכולת תקשורת דו כיוונית ויאפשר לצופה לראות את לוח השידורים על גבי המסך של השלט ולא על גבי מסך הטלוויזיה. יהיה אפשר לבחור בתוכנית הרצויה על ידי מגע, ללא צורך בקריאת טקסט מהצד השני של החדר ומשחק אין סופי בחיצים. השילוב בין מסך קרוב בשלט (הנייד הסלולארי) ומסך טלוויזיה מרוחק מסייע בניהול נכון יותר של משימת בחירת התוכנית תוך יכולות של פיצול המסך והעברת חלק מהמידע לצפייה בשלט. טלוויזיית העתיד תהיה אוטומטית ופרסונאלית. היא תעקוב אחר הצופה עם התוכן הרלוונטי לו ותאפשר תקשורת דו כיוונית בין הצופה והבית. צרכנים יהיו מוכנים לשלם בעבור נוחות, חיפוש נושאים המעניינים לצפייה, מענה לסיפוק מיידי (הזמנת אוכל מפרסום הקרוב לביתך), קישור מתמיד לרשתות החברתיות, גישה לשירותים מתקדמים וחדשים והרבה מעבר לדמיון.

כותב המאמר: אופיר רון, סמנכ"ל, מנהל פעילות MM&CSSI, אריקסון ישראל

חברת e2v הידועה והמובילה בתכנון ויצור של רכיבים אלקטרונים מיוחדים, מכריזה על פיתוח חדש של ממיר מאנלוגי לדיגיטאלי, בעל רזולוציה של 8 ביט, קצב דגימה של 1.25Gsps ועד 5Gsps .

EV8AQ160 הינו הרכיב החדש המתקדם ביותר שמשלב ארבע ליבות ADC, לרכיב יש יכולת לספק קצב דגימה של 1.25Gsps בתצורה של ארבעה ערוצים, קצב דגימה של 2.5Gsps בתצורה של שני ערוצים (שילוב של שתי הליבות), וקצב דגימה של 5Gsps בתצורה של ערוץ יחיד,כאשר כל הליבות שלובים יחד.

רוחב פס כניסה של 2GHz  ,

צריכת הספק מכסימלית של 4.2 Watt

מתאים לאפליקציות הדורשות מספר סיביות וקצב גבוהה מאוד, במיוחד במערכות מכ"מ, מקלטי תקשורת ציוד בדיקה ועוד.

לפרטים:

יוסי יטמנו

אלקטרונדארט בע"מ

טל: 03-9314447

אימייל: yossi@e-dart.co.il

אתר חברת e2v : www.e2v.com

חברת e2v הידועה והמובילה בתכנון ויצור של רכיבים אלקטרונים מיוחדים, מכריזה על פיתוח חדש של ממיר מאנלוגי לדיגיטאלי, בעל רזולוציה של 12 ביט, בעל קצב דגימה של 500Msps בערוץ יחיד וליבה אחת.

מכוון שהרכיב עשוי מליבת ADC אחת בלבד, ללא שום ליבות שלובות אזי יש לנו חיסכון בזמן ובהספק ואין צורך בכיולים בין הליבות.

AT84AS001 – הינו הרכיב החדש המתקדם ביותר אשר מספק ללקוח מספר סיביות וקצב דגימות גבוה.

רוחב הפס הינו 1.5GHz

צריכת ההספק 2.3 Watt

מארז EBGA 192pin

מתאים לאפליקציות הדורשות מספר סיביות וקצב גבוהה מאוד, במיוחד במערכות מכ"מ, מקלטי תקשורת ציוד בדיקה ועוד.

לפרטים:

יוסי יטמנו

אלקטרונדארט בע"מ

טל: 03-9314447

אימייל: yossi@e-dart.co.il

אתר חברת e2v : www.e2v.com