הגדלים הפיזיים הקטנים – גדולים ביכולות

מאת: Christine Van De Graaf, Kontron

הבנת המפרטים החדשים של תסדירי הפינים של ®COM Express עוזרת למתכננים לנצל את ביצועי העיבוד והפונקציות הגרפיות של הדור הבא.

פונקציות חדשות שאינטל, AMD ויצרני מעבדים אחרים שילבו במשפחות המעבדים החדישות שלהן הצריכו את אימוצם של עוד מפרטי תקנים למשובצים. חשוב גם שהמפרטים האלה ישאירו מקום לטכנולוגיות עתידיות אפשריות. לדינמיקה של תהליך התכנון נוספת החשיבות הגוברת של תמיכה בגרפיקה ותצוגות מתקדמות יחד עם הביקוש לפלטפורמות מחשוב משובצות. יתר על כן, מגמות של מזעור וניידות בענף המשובצים ממשיכות לאתגר את ספקי הלוחות והמודולים לפתח ולתקנן את הגדלים הפיזיים הקטנים ביותר.

קבוצת יצרני המחשבים התעשייתיים PCI  שחררה לאחרונה את מהדורה 2.0 של ®COM Express, התקן למחשבים על מודול, כדי לתת מענה לדרישות של מערכות משובצות מהדור הבא שנוצרו בגלל יכולות גרפיקה ותצוגה נוספות שמאפשרות ארכיטקטורות המעבדים החדישות. אבל כדי לנצל את הפונקציות המשופרות האלה וליישם אותן בפיתוח של גודל קטן המתכננים צריכים להבין לעומק את ההגדרות של סוגי תסדירי הפינים ואת השיקולים החשובים ביישום שלהם.

תסדירי פינים 1-5: נפרדים מהישן

במפרטי ®COM Express שלה, ®PICMG הגדירה תקנים למחשבים על מודולים (COM). המטרה של הגדלים הפיזיים ומפרטי הממשקים הבלתי תלויים ביצרנים שלה היא לתת למפתחים פלטפורמה יציבה כדי לפתח בה מוצרים שמכוונים לעתיד ומבטיחים זמינות ארוכת טווח.

תסדיר הפינים סוג 1 מתחיל במחבר A-B אחד עם 220 פינים ותומך בעד שמונה יציאות USB 2.0, עד ארבע יציאות SATA או SAS, ועד שישה נתיבי PCI Express Gen1/Gen2. סוג 2 מוסיף על הפונקציות באמצעות הוספת מחבר שני ומשדרג את התמיכה לממשק PCI 32 סיביות בתוספת יציאות IDE כדי לתמוך בהתקני PATA ישנים וכרטיסי זיכרון CompactFlash. יש גם עוד נתיבי PCI Express שתומכים בגרפיקת (PCI Express (PEG. כשמשווים את תסדיר הפינים סוג 3 לסוג 2, נעשה שימוש רק בפינים של IDE לטובת תוספת יכולת גיגהביט אתרנט. כתוצאה מכך, אין לו ממשקים ישנים, אבל הוא תומך עכשיו בעד שלושה ערוצי גיגהביט אתרנט. בתסדיר הפינים סוג 4, הפינים השמורים ל-PCU מוקצים מחדש, ויוצרים מקום לעשרה נתיבי PCI Express נוספים. אפשר להשתמש בהם בתור נתיבי PCIe 0-15 או בתור נתיבים 16-31 של יציאת PEG שנייה. לבסוף, תסדיר הפינים סוג 5 משלב את השינויים מסוג 3 ו-4.

תסדיר הפינים סוג 6 מעלה את הגרפיקה רמה

תסדיר הפינים סוג 6 של תקן ה-®COM Express פותח ספציפית כדי לנצל את יכולות הגרפיקה המורחבות של משפחות המעבדים החדשות. בסוג 6, הפינים של ה-PCI הישן משמשים עכשיו לתמיכה בממשק התצוגה הדיגיטלית ולנתיבי PCI Express נוספים. יתר על כן, פינים שקודם לכן הוקצו לממשק ה-IDE נשמרים עכשיו לטכנולוגיות עתידיות שעדיין בפיתוח. אחת מהטכנולוגיות העתידיות האפשריות האלה יכולה להיות SuperSpeed USB, משום ש-16 הפינים הפנויים מציעים מספיק קווים להתקנת יציאות USB 2.0 בתור יציאות 3.0 USB, שמצריכות זוג נוסף בהשוואה ל-2.0 USB.

התמיכה של ®COM Express ב-PEG נבחרה על ידי אינטל כאפיק מהיר לכרטיסים גרפיים חיצוניים. התמיכה בכרטיסים אלה היא לא רק עניין של סיפוק הצורך הגובר בביצועים, אלא גם מתן תמיכה בהתקני פלט שונים. תסדיר הפינים סוג 6 הוגדר ספציפית כדי להתרחב לדרישות האלה.

תסדיר הפינים סוג 6 תומך באפשרויות גרפיקה מתקדמות על ידי הצעת שלוש יציאות חדשות שמיועדות לממשקי תצוגות דיגיטליות (DDI) חדשים. תכנונים של מערכות משובצות יכולים להגדיר את התצורה של היציאות האלה באופן פרטני ל-HDMI (ממשק מולטימדיה בהפרדה גבוהה) או בהתאמה באמצעות ה-DVI (ממשק חזותי דיגיטלי) או DisplayPort  שמתאימים מבחינה חשמלית. יציאת DDI 1 תומכת בנוסף ב-SDVO (יציאת וידיאו דיגיטלי טורית). SDVO אינה מרובבת ביציאת ה-PEG בסוג 6, כפי שהיה אפשרי במסגרת ההגדרה של תסדיר הפינים סוג 2. לכן, במקביל לגרפיקה המשובצת, אפשר להשתמש בכרטיס גרפי PEG חיצוני, לדוגמה ליישומים מרובי תצוגות עם יותר מארבעה מסכים או לעיבוד נתונים באמצעות מעבדים גרפיים לשימוש כללי.

התמיכה של ערכות השבבים של אינטל בממשק SDVO מעניקות ל- ®COM Express את הגמישות לתמוך במגוון רחב של אותות גרפיים. לדוגמה, המתכננים יכולים להתקין בקלות DVI, LVDS ו-VGA נוספים. DVI מאפשר למתכננים לשלב באופן משתלם צגים דיגיטליים ופתרונות עם תצוגה כפולה.

סוג 6 מאפשר למפתחים לנצל ממשקים גרפיים DisplayPort, HDMI ו-DVI באמצעות DDI. DisplayPort הוא חיבור אוניברסלי, ובניגוד ל-HDMI הוא מתוקנן ללא תמלוגים על ידי VESA, מה שמבטיח את הפופולריות הנרחבת שלו. ל-DisplayPort יש לא רק קצב העברת נתונים הרבה יותר גבוה של 17.28Gbps (לעומת 2.835 של LVDS ו-4.95Gbps של VDI), אלא גם פרוטוקול מיקרו מנות, שמאפשר הרחבה פשוטה של התקן. DisplayPort גם תומך בערוץ עזר שמאפשר חיבור דו כיווני לבקרה על התקנים באמצעות תקני VESA כגון E-DDC, E-EDID, DDC/CI ו-MCCS כדי לאפשר פעולת “הכנס והפעל” אמיתית. בנוסף לגמישות הזאת של DisplayPorts, אפשר להשתמש בערוץ העזר שלו להתקנים היקפיים כגון צגי מגע, חיבורי USB, מצלמות ומיקרופונים.

יתר על כן, DisplayPort יוכל בסופו של דבר להחליף את HDMI (הממשק המועדף כיום בשוק מוצרי הצריכה). ממשק ה-HDMI לא פותח עבור השוק המשובץ ואילו DisplayPort מתאים יותר לצרכים של המשובצים הכוללים זמינות ארוכת טווח של עד שבע שנים. לרוע המזל, הניסיון בשטח הוא ש-HMDI נתון לשינויי דרייברים ושינויים מכניים תכופים.

עוברים לקומפקטי עם סוג 10

סוג 10 נותן מענה לדרישות של המעבדים החדשים והמאוד קומפקטיים. יש הבדלים שצריך לשים לב אליהם כשעוברים מסוג 1 לסוג 10 למרות ששני הסוגים של תסדירי פינים ביסודו של דבר תואמים זה לזה. בתסדיר הפינים סוג 1, ליציאות SATA 2 ו-3 מוקצים פינים בשורות A ו-B, אבל הם כבר לא שמורים בתסדיר הפינים סוג 10. אפשר עדיין להשתמש בפינים כנקודות SATA, אבל עכשיו הם שמורים למטרות חלופיות כגון 3.0 USB. כשעוברים מסוג 1 לסוג 10, מומלץ לא לחווט את SATA 2 ו-3 על פני מחבר המודול כדי שהמודלים יישארו תואמים, ובאותו זמן הם מוכנים ל-3.0 USB. ההבדלים מצוינים בטבלה 1.

מה שחדש הוא שבמהדורה 2.0 סוג 10 וסוג 6 תומכים ביציאות טוריות. הפינים שימשו קודם ל-VCC 12V. אולם, יצרנים ייעודיים כמו קונטרון מבטיחים תאימות עם לוחות הנושא הקיימים באמצעות מעגל מגן במודול. המפתחים לא צריכים לשנות לגמרי את התסדיר של הלוח הנושא הקיים שלהם, אלא יכולים להשתמש ביכולות החדשות באופן חסכוני בעלויות ובזמן.

הבדל נוסף הוא שסוג 10 משתמש בערוץ LVDS השני הקודם, יציאת הטלוויזיה ו-VGA כדי לתמוך ביציאת ה-SDVO (או לחלופין ב-DisplayPort או HDMI/DVI) דרך DDI. למרות שבוטלה בסוג 10, התמיכה ב-VGA לא תחסר כי המעבדים בגודל קטן מעולם לא הציעו אותה. המודולים המאוד קומפקטיים של סוג 10 (כגון nanoETXexpress-TT של קונטרון) מספקים תמיכה מקורית לא רק בממשקי התצוגה החדישים אלא גם בצגים עצמאיים כפולים, משום שהם ימשיכו לתמוך בערוץ LVDS. לקוחות שמשתמשים במודולים מאוד קומפקטיים כגון nanoETXexpress-SP של קונטרון, ייתכן שלהבדלים לא תהיה חשיבות רבה מבחינתם משום שקונטרון כבר כיבדה את תסדיר הפינים הזה בתכנוני סוג 1 שלה.

בנוסף, סוג 10 וסוג 6 תומכים גם ב-SDIO, מרובב על אותות ה-GPIO הקיים. אופציונלית, מוסיפים שתי יציאות טוריות 3.3 V TTL, שנחוצות להרבה יישומים ישנים. זה גם מדגים את הגמישות של התקן PICMG כמענה לצורכי השוק.

שינויים אוניברסליים

שינויים נוספים שמשפיעים על כל סוגי המודולים של ®COM Express הם שהמחבר בצורה הנוכחית מאושר עכשיו לאותות של PCI Express Gen2. מבחינה טכנית, אין שינוי במחבר או בפינים שלו, אבל המפתח חייב לנהוג לפי כללים חדשים ל-PCIe Gen2 בניתוב של המודול והלוח הנושא. בנוסף, הפינים 97AC משמשים עכשיו לתמיכה באודיו של AC97 ו-HD.

שינוי נוסף שמשפיע על כל תסדירי הפינים הוא שבנוסף לרכזת הקושחה הקודמת, יש ממשק קושחת BIOS חדש לאתחול פנימי וחיצוני שיושם באמצעות מעבדים מהדור הבא. זה ממשק היקפי טורי (SPI), הממשק העתידי לפלאש קושחה במודול ובלוח הנושא. במפרט יש פינים שמורים לשימוש למטרה זאת. מהדורה 2.0 החדשה מפרטת תמיכה בקושחה חיצונית לכל סוגי המודולים. ממשק ה-LPC שימש למטרה זאת בגרסה הקודמת, ומודולים חדשים חייבים לתמוך ב-SPI, אבל יכולים עדיין לתמוך בנוסף בקושחת פלאש באופן חיצוני באמצעות LPC בתנאי שערכת השבבים ממשיכה לתמוך בה. הסיבה לשינוי הזה בפלאש קושחה היא שהמעבדים הקטנים החדשים תומכים רק בהתקנים עם אתחול SPI.

הגודל הפיזי הקומפקטי הוא רשמית תקן

יתרון משמעותי למתכננים הוא ההוספה של גודל פיזי קומפקטי קטן יותר.

®COM Express מהדורה 2 מגדיר את מידותיו 95 מ”מ על 95 מ”מ, ופרט לגודל המוקטן, הדרישות הפיזיות, מיקום המחברים ותסדיר הפינים הם בדיוק כמו בגודל הפיזי הבסיסי המוצלח. היתרון הוא שעכשיו אפשר להשתמש בתסדיר הפינים סוג 2, שאומץ באופן הנרחב ביותר, גם ביישומים עם מגבלות מקום.

סיכום

המפרט המעודכן למודולי ®COM Express הוא מענה מאוד נחוץ להתאמת ארכיטקטורות מעבדים חדשות מבחינה פונקציונלית וצורכי השוק. תקן יכול להיות בר קיימא רק אם הוא מתאים עצמו באופן גמיש לדרישות חדשות כמו מזעור וביצועים גרפיים. התקן ®PICMG  מהדורה 2.0 נותן למתכנני המשובצים אינדיקטור טוב לגבי העתיד. בהיותו התקן הבלתי תלוי ביצרן היחיד למחשבים על מודולים, ®COM Express ממשיך להיות מאפשר חשוב של יישומים מתקדמים עתידיים עבור שוק המשובצים. כפי שמדגימים הגודל הפיזי החדש ותסדירי הפינים החדשים שמוגדרים בגרסה 2.0, החוזקות של התפיסה של ® COM Expressנשמרו בשלמותן. הן מציעות למתכנני המערכות המשובצות תאימות מלאה ליישומים קיימים, יחד עם תקנים מוכחים שהותאמו לדרישות החדשות ולפונקציות החדשות.