מאת: Daniel Pieper – Kontron. עם הופעתה של טכנולוגית מעבדי ARM דמוית מחשב אישי, נוצר סיכוי מצוין לשיפור זמן היציאה לשוק ולהפחתה של עלויות המחקר והפיתוח, על ידי שימוש במימושים של מעבדים עם ממדים של x86. אחת הדוגמאות לכך, היא זמינותו של המעבד TegraTM 2 של חברת ®NVIDIA על מעגלי Pico–ITXTM. בהמשך, נסקור כמה מהיתרונות הנובעים מהמצב החדש הזה.
רמת הביצועים הגבוהה וצריכת ההספק הנמוכה שקיימים כיום בטכנולוגית ARM שמשמשת ביישומים סטנדרטיים של מחשבי לוח (tablet), הופכות אותה למעניינת במיוחד עבור יישומים משובצים בעלי ממדים קטנים, ולכן, מאפשרת ליצרנים של פלטפורמות x86 משובצות להיכנס לשוק טכנולוגית ARM כתוספת לטכנולוגית x86. אחת האסטרטגיות האפשריות העומדות בפני יצרנים אלו, היא להנמיך את המחסומים בין טכנולוגית ARM לבין טכנולוגית x86 באמצעות יחידות בסיס. מסתבר שאסטרטגיה זו מוצאת חן מאוד בעיני מספר רב של יצרני ציוד מקור (OEM), מאחר שמשמעות השימוש בה היא שהם יכולים להשיג באמצעותה פלטפורמות בעלות יכולת שדרוג רבה מאוד, עם חבילות תמיכה שלמות ברמת המעגל שמתאימות עבור כל מערכות ההפעלה. בזכות התוכנה המתאימה הייעודית לחומרה, אפשר לתאר את החומרה הקיימת בבסיסם, וכך יופיעו בשוק יותר ויותר פלטפורמות אחידות מוכנות ליישום. מנקודת מבטם של יצרני ציוד המקור, המעבר ממעגל, ממודול או ממערכת מסוג אחד למעגל מודול או למערכת מסוג אחר, הופך להיות תהליך פשוט באופן יחסי. ואולם, השגתה של מטרה זו אפשרית רק אם היצרנים יבטיחו זאת באמצעות שימוש בפעולות האחדה מתאימות, ברמת המעגל וברמת התוכנה, וכן, על ידי כך שיציעו שירותי תוכנה מעמיקים. בתלות בתכנות היישום ובמערכת ההפעלה שתיבחר לשימוש, לא יהיה צורך לבצע כל שינוי בתוכנה, או שיידרשו שינויים מועטים בלבד. נוסף על כך, פתרונות ARM תמיד זמינים כתכנונים מותאמים אישית במלואם ברמת המעגל וברמת המערכת, כך שיצרני ציוד מקור יכולים להתרכז באופן מלא בפיתוח היישום שלהם, מבלי שיהיה עליהם לקחת בחשבון הבדלים בדידים.
תקנים מקילים על המימוש
תכנון החומרה ברמת המעגל מאפשר להדגים עד כמה קל לבחור ביחידות בסיס של יע”מ (CPU) הנכונות עבור היישום. לדוגמה, מערך תכונות הממשק של מעגל ™Pico-ITX עם מעבד Tegra™ 2 של ®NVIDIA כמעט אינו שונה מתכנון ™Atom של ®Intel מתכנון Embedded G-Series של AMD, אשר הם כבר זמינים בשוק. ההבדל העיקרי מצוי במעבד, וכתוצאה מכך, ההבדל בא לידי ביטוי ברמת הביצועים שלו (עיין בטבלה 1).
דבר נוסף הוא, שמעבדי ARM יותר ייעודיים ולכן הם מציעים פחות ממשקים גנריים כמו למשל SATA או PCI Express, אשר משמשים לעתים קרובות בתכנונים עם x86 לצורך חיבור של אפשרויות הרחבה. ועם זאת, רבות מבין המערכות על שבב (SOC) בטכנולוגית ARM כוללות כמה מקמ”שי UART וממשקי I2C ו-SPI. לכן, באופן תיאורטי אפשר היה לאזן את המחסור בממשקים גנריים בעזרת רכיבים נוספים או באמצעות מאמצי פיתוח מסוימים. עם זאת, מצב כזה היה מסלק את היתרונות רבי הערך בתחום החיסכון באנרגיה, אשר הופכים את התכנונים בטכנולוגית ARM למעניינים כל כך: בשל הצורך בקירור קטן יותר, תכנונים ללא מאווררים הפכו לאפשריים, עובדה שהופכת אותם לעמידים יותר לתקלות וכתוצאה הזמב”ת (MTBF) טוב יותר. הפיתוח והייצור של המערכות קל יותר, ומשקלן קטן יותר, בזכות היעדר תעלות קירור, מרכיבים המשמשים לקירור או מאווררים.
ואולם, החזרת הממשקים הגנריים האלו הופכת לעודפת, מאחר שהמגמה הרווחת מצביעה לכיוון של “פחות” ממשקים גנריים ולא לכיוון של “יותר”, במיוחד בתכנונים בעלי ממדים קטנים. לכן, למערך התכונות של מעגלי ™ Pico–ITX יש חשיבות מועטה. מאחר שהמבנה של מעגלי ™Pico-ITX תקני, הבחירה הייעודית ליישום בין תכנון x86 לתכנון ARM יכולה להתבצע בתוך מערכת סביבתית (ecosystem) אחת, ואין צורך לקחת בחשבון מחסומים טכנולוגיים. התאימות המכנית לתיק המוצרים הקיים כולו מהווה יתרון בעל חשיבות רבה, ומאפשרת לפשט את תכנון המערכת. אפשר ליצור תכנונים פשוטים אף יותר, אם בצד יתרונות התכנון המכני מעגלים מבוססי ARM יציעו בנוסף טווח של יתרונות בתחום התוכנה. לדוגמה, תמיכה נרחבת בכל מערכות ההפעלה הקיימות כיום עבור מעבדים אלו. בעזרת פלטפורמות כאלו המוכנות ליישום, אפשר יהיה לקצר באופן משמעותי את זמן היציאה לשוק ועם קיצור כזה פחתו גם עלויות הפיתוח.
יכולת שדרוג בכל פלטפורמות המעבדים
אם היה על יצרני המערכות המשובצות התקניות, בעלות הממדים הקטנים, להחליט על שילוב מעבדי ARM במרחב הממדים של מעבדי x86 ועל סיומו של הוויכוח הטכנולוגי הקשור לכך, הרי שדברים אלו היו מתרחשים כבר היום. הסיבה לכך היא, שבסופו של דבר זו פשוט המטרה של יצרנים אלו, לספק פלטפורמות סטנדרטיות ללקוחותיהם בתחום המערכות המשובצות ולצרף יישומים חדשים, כאלו, אשר עד היום אי-אפשר היה לממש אותם עם המימושים הקיימים של המעבדים. רמה גבוהה של יכולת שדרוג הממדים התקניים על פני פלטפורמות המעבדים כולם, נראית הגיונית מאוד, מפני שכך יכולים יצרני ציוד מקור להעביר את היישומים שלהם בקלות רבה יותר בין ארכיטקטורות RISC ו-CISC. כאשר מסופקים שירותי תוכנה נוספים ייעודיים לחומרה, על מנת לממש את השינויים בקוד שנדרשים לעתים, ארכיטקטורת המעבד שבבסיס המעגל משמשת פחות ופחות אמת מידה בסיסית, לצורך קבלת החלטות.
שני גורמים נוספים ימלאו תפקידים עקרוניים: צריכת האנרגיה והביצועים לכל ואט של צריכה. אפשר גם לומר, שאחרי ההצלחה המסחררת שהומרצה על ידי טכנולוגית x86, השוק נכנס כיום לעידן חדש שבו הגבולות של טכנולוגית המעבדים נעלמים, מאחר שמתאפשר להרחיב את המערכת הסביבתית של התוכנה אל פלטפורמות טכנולוגיות נוספות, הודות לתמיכת התוכנה הנרחבת. כתוצאה מכך יש להרחיב את הממדים התקניים ברמת המעגל על מנת שיתאימו לפלטפורמות המעבדים החדשות האלה.
טווח רחב של שירותים למען כניסה ישירה לתחום
במטרה לאפשר ללקוחות להיכנס באופן מיידי לשימוש בטכנולוגית ARM, יצרני הפלטפורמות המשובצות צריכים להציע את יחידות הבסיס שלהם מבוססות ARM בחבילה אחת עם שירותים נרחבים המתוכננים בהתאמה אישית, כדי שהלקוחות של יצרני ציוד המקור יוכלו לקבל פלטפורמות משולבות מוכנות ליישום ברמת המעגל וברמת המערכת בגרסאות סטנדרטיות או בגרסאות ייעודיות ללקוח. מעבר לשירות זה של פיתוח חומרה ברמת המעגל וברמת המערכת, חברת Kontron למשל, מתמקדת גם באספקת שירותים נרחבים לפיתוח תוכנה, בטווח שבין פיתוח מנהלי התקנים והתאמות הקוד של מערכת ההפעלה ועד לטווח רחב של שירותי העברת יישומים ושירותי אימות בצד חבילות של חומרה ותוכנה לרבות מתן רשיונות לכמויות גדולות. מפתחי יישומים זוכים ביתרונות הנגזרים מהגירה יעילה, מזמן קצר של יציאה לשוק ובמקביל מהקטנה של הסיכונים והעלויות הכרוכים בפיתוח, מאחר שפלטפורמות מוכנות ליישומים כבר זמינות עם אישור, כך שהלקוח יכול להתרכז לחלוטין במומחיות הליבה שלו: פיתוח היישום.
אין כל צורך לומר שעל יצרני הפלטפורמות המשובצות לתמוך בכל מערכות ההפעלה המתאימות לטכנולוגית ARM. בנוסף ל-Windows CE 6 ו-Windows Embedded Compact 7 (), גם למערכות ההפעלה מבוססות Linux יש במיוחד תמיכה במוצרי ARM. מעבר לכך, תמיכה בגרסה פנימית ל-ARM של מערכת ההפעלה Windows 8 נמצאת בפיתוח. תמיכה במערכת ההפעלה Android שנמצאת בבית בשוקי הטלפונים החכמים ומחשבי הלוח הכרחית כדי לפתוח דלת אל השוק העצום של יישומים מרושתים מוכווני מולטימדיה ומבוססי טכנולוגית ARM שמעודדת את מערכת ההפעלה הזו, הצעירה יחסית. חבילות BSP עוברות אימות מייד ברמת המערכת, ומאפשרות בכך ליצרני ציוד מקור להתמקד ביישום, מבלי שיהיה עליהם להוסיף ידע, עובדה שמסייעת להקטנה עד למינימום של זמן היציאה לשוק ולהפחתה משמעותית של עלויות הבעלות הכוללות.
כאשר משווים את שלושת מערכי התכונות האלו של מעגלי ™Pico0ITX, נראה באופן ברור שבמונחים של הממשקים החשובים ביותר כמו למשל USB ,Ethernet, ממשקי גרפיקה ואחסון להתקנים בממדים קטנים, בקושי קיימים הבדלים כלשהם, וכך באופן בסיסי, עם ההתפשטות אל טכנולוגית ARM יכולת השדרוג תתרחב עוד.
דניאל פייפר הינו מנהל שיווק מוצר בחברת קונטרון.
מעגל ™Pico–ITX
מחשב במעגל יחיד בממדים קטנים עם המעבד
בעל הליבה הכפולה Tegra 2 של ®NVIDIA
המעגל בעל הממדים הקטנים במבנה הנמצא כעת בפיתוח, מצויד במעבד בעל הליבה הכפולה Tegra™ 2 של ®NVIDIA ומשלב תפישת קירור פסיבית לחלוטין, כאשר בנוסף הוא מצטיין בצריכת הספק נמוכה ביותר של 3 ואט ובקבוצת תכונות מעניינת: בנוסף לחיבור רשת Ethernet ב-10.100 מגה-סיביות, חמישה חיבורי USB 2.0, ועד 24 חיבורי GPIO, מעגל המיני מבוסס ארכיטקטורת Cortex 9 בטכנולוגית ARM מצויד בחריץ התקנה לכרטיסי Micro SD ובזיכרון DDR-2 ברוחב 32 סיביות ובגודל של 512 מגה-ביית או 1 ג’יגה-ביית. כדאי גם לבחון את החוויה החזותית ואת חווית האודיו: יחידת העיבוד הגרפית (GPU) בעלת ההספק הנמוך במיוחד ®GeForce של ®NVIDIA מספקת להתקנים ניידים ביצועים גרפיים של קונסולת גיימינג באיכות גבוהה, והיא יכולה להעביר בו זמנית שני רצפי וידיאו ברמת (1080 p). אפשר לחבר תצוגות דרך חיבור DVI-I להעברת אותות אנלוגיים וספרתיים, וכן דרך ממיר LVDS ב-24 סיביות. תמיכה בתאורה אחורית באמצעות מקור 5 וולט פנימי או באמצעות אספקת 12 חיצונית. התמיכה באודיו כוללת את האפשרויות הבאות: בתקן SPDIF ובאמצעות כניסת סטריאו ויציאת סטריאו וכן חיבור למיקרופון (MIC). מגוון שלם של התקני האצה בחומרה עבור דחיסת codec ל-flash, וידיאו ולאודיו מבטיחים השמעה שוטפת ומצוינת של מולטימדיה ושל תוכן מרשת האינטרנט.
לוח האם המשובץ החדש בגודל
Mini–ITX המעבד Tegra 3 של ®NVIDIA
בנוסף למעגל בממדי Pico-ITX, חברת Kontron הרחיבה לאחרונה את תיק מוצרי ARM שלה עם מעגל אם בממדי Mini-TX (בגודל 170 מ”מ 170 מ”מ), KTT30/mITX. בזכות ה”ממדים על פי תקן” שבהם הוא מתאפיין, המעגל סולל את הדרך עבור יצרני ציוד מקור לשילוב של טכנולוגית ARM ישירות מהמדף אל היישומים המשובצים שלהם. KTT30/mITX של Kontron מבוסס על המעבד Tegra 3 של ®NVIDIA עם ליבות יע”מ Cortex-A9 בטכנולוגית ARM, כאשר כל אחת פועלת בקצב של עד 900 מגה-הרץ. ליבה נוספת, שיש לה מהירות אות שעון של 500 מגה-הרץ, מקטינה את צריכת ההספק לפחות מאשר 1 וואט, במצבים שבהם פועלים רק השמעה של מדיה או שירותים שפועלים ברקע. עם יחידת העיבוד הגרפית ®GeForce של ®NVIDIA בעלת 12 ליבות המשולבת בו, המיועדת ליישומים בהספק נמוך, מתאפשרים גרפיקה תלת-ממדית דמוית מציאות עם תאורה דינמית ברזולוציית מסך של עד 2048 1536 פיקסלים. המעגל מציע גם ממשקי וידיאו בתקנים HDMI 1.4a ו-LVDS. בזכות המקודד ומפענח הקידוד לוידיאו המשולבים בו, וכן בזכות יכולת השמעת וידיאו ברזולוציה גבוהה, הוא מציע דחיסת וידיאו בזמן אמת, אשר אותה אפשר לספק למשל דרך חיבור מצלמה מסוג CSI/DSI. אפשר לחבר התקנים היקפיים דרך שלושה חיבורי USB 2.0 ושני חיבורי RS-232. את מערכת ההפעלה ואת נתוני היישומים אפשר לארח על גבי כרטיס eMMC המאפשר אתחול. שני חריצי התקנה לכרטיסי PCIe, שאחד מהם יכול גם לשמש כחיבור mSATA, מאפשרים הרחבות ייעודיות ליישום. חיבור RJ45 Gigabit Ethernet וחיבורי כניסות/יציאות אנלוגיות נוספים אף הם למערך התכונות.
