מדריך לפיתוח כרטיס מחשב מיני PC מבוסס Vortex86 SOC, בקלות ובמהירות

במגזין New-tech של חודש אפריל הוצג בהרחבה רכיב הדגל של חברת DMP Semiconductors, הלוא הוא ה-Vortex86DX2. רכיב זה הינו System On Chip מבוסס על ארכיטקטורת מעבד 32 ביט, X86 יחיד. ה-SOC כולל הן את ה-North Bridge והן את ה-South Bridge, עם סט עשיר של תכונות ומעגלים היקפיים המשולבים ברכיב. הרכיב הינו החדש ביותר בסדרה של הרכיבים Vortex86SX, Vortex86DX, וה-Vortex86EX.

בן יתר המעגלים ההיקפיים הסטנדרטיים המקובלים במעבד של מחשב PC, בולטים בנוכחותם מעגלי GPIO, 11bit A/D, PWM, I2C, Serial, דבר שהופך את ה-SOC הזה לאידיאלי לשימושים בתעשייה, ביישומי אוטומציה ורובוטיקה רבים. הרכיב כולל בתוכו את מתאם המסך, SATA, IDE, USB, LAN, PCIe ואף Watch-Dog וטיימרים מה שתורם רבות במערכות לשימושים קריטיים. בנוסף לכל העושר הזה, הרכיב צורך הספק נמוך ביותר של פחות מ-2 וואט ופועל בטווח טמפרטורות רחב של -40 ועד +85 מעלות צלסיוס.
סדרת הרכיבים של DMP Semiconductors, תומכים במגוון מערכות הפעלה:
Windows CE 6.0 ()
Windows Embedded Compact 7
(Real-Time)
Windows Embedded Compact 2013
(Real-Time)
Windows XP Embedded (Standard 2009)
Windows Embedded Standard 7
Linux, QNX, DOS ועוד.

SOC או SOM
בשנים האחרונות אנו עדים לתופעה של חברות המייצרות כרטיסי מחשב מוכללים (SOM) אך קטנים, אשר כוללים את החלקים העיקריים והמורכבים, הדרושים למעגל מחשב מוכלל. יצרנים אלו, מציעים לחברות אלקטרוניקה לפתח את המעגל הראשי של המערכת שלהם ולשלב בתוכו את ה-SOM אשר נבדק והוכח כעובד. יצרני SOM אלו עומלים רבות על פיתוח והתאמת דרייברים הדרושים להפעלתו במערכות הפעלה שונות, דבר שהוא מעבר ליכולות ומעבר לתחום המיקוד של חברות האלקטרוניקה המייצרות מערכות משובצות מחשב.
ברוב המקרים, אם לא בכולם, תופעה זו התרחבה ונהייתה פופולרית ובצדק בעקבות השתכללות והמורכבות של המעבדים הראשיים של המחשבים ושל רכיבי ה-SOC שהשוק מציע.
כשמעמידים את החסרונות שבשימוש
ב-SOM, כנקודת כשל מכנית אפשרית אל מול הקטנת הסיכונים בפיתוח מערכת מחשב מורכבת, ניתן יהיה לומר בהכללה כי בחירת SOM, תהיה בחירה נכונה, למעט אולי ביישומים תובעניים במיוחד כמו במערכות החשופות לרעידות ותאוצות חריגות או במקרים בהם ישנה רגישות גבוה למחיר המוצר.
אם לא היו יתרונות כה רבים לשימוש
ב-SOM, סביר להניח שניתן היה למצוא יצרני אלקטרוניקה רבים המעדיפים לשלב את ה-SOC ישירות על המעגל שלהם וליהנות מהחופש לתכנן ולעצב את המעגל שלהם ולזכות במעגל קטן יותר, זול יותר ואמין יותר.
חברת DMP Semiconductors, אולי מהבודדות בעולם, המייצרות רכיבי SOC מבוססי ארכיטקטורת X86, ברמת הכללה כה גבוהה אשר מייתרת את השימוש
ב-SOM. לחברה זו, אשר הינה חברת גרעין בקבוצת חברות DM&P, חברות אחיות אשר מייצרות מוצרים המבוססים על משפחת Vortex86.
השילוב האסטרטגי של חברה המייצרת SOC וחברות אחיות המייצרות כרטיסי מחשב ומחשבים המבוססים על רכיבים אלו, הביא לכך שחברת הרכיבים, מציעה ללקוחותיה את הדרייברים וה-BSP השונים, ללא כל עלות, דבר אשר משמש מקפצה עצומה אל מול חברות הרכיבים הנסמכות על יצרני ה-SOM שיפתחו BSP ברמת Ready To Market.
חברת ICOP, מקבוצת DM&P, מייצרת, הן כרטיסי מחשב SBC והן SOM שונים על בסיס ה-Vortex86DX SOC. יצרני אלקטרוניקה המעדיפים להתבסס על VORTEX86 SOM יכולים לקבל מחברת ICOP את כל המשאבים הדרושים להליך פיתוח זה. בנוסף לכרטיסי מחשב, חברת ICOP מייצרת מחשבי פאנל המבוססים על vortex86. מחשבי פאנל אלו מתאימים במיוחד לשימושים כגון מערכות HMI חכמות, מערכות בית חכם ועוד מאות שימושים
חברת DMP מייצרת מעל 150 דגמים שונים של מיני מחשבי PC נטולי מאוורר המבוססים על מעבד ה-Vortex. חלק מהמחשבים אידיאלי לשימוש כ-Thin Client או כמחשב הקצה במערכות שילוט דיגיטלי, ניהול תורים וכו’. מחשבים אחרים בסדרה, מצוידים ביציאות טוריות ואף ביציאות GPIO. כמו גם המעבדים של חברת DMP Semiconductors כך גם מחשבים אלו, תומכים ברשימה ארוכה של מערכות הפעלה שונות.
חברות נוספות וביניהן מן המובילות בעולם בתחום כגון Advantech, מייצרות כרטיסי מחשב ו-SOM המבוססים על Vortex86 ובפורמטים שונים כגון PC/104 ,SMARC QSEVEN ונוספים.

צעד ראשון – ערכת פיתוח
חברת DMP Semiconductors, פיתחה כרטיסי מחשב Carrier Board ומודולים Vortex86 SOM עבור משפחת Vortex86, אשר מיועדים לשמש כ-Reference Design.
כרטיסים אלו, בשילוב עם כרטיסים, אביזרים נוספים, מסמכים וקבצים נוספים מהווים ערכת פיתוח מושלמת אשר בעזרתה יכולה חברת אלקטרוניקה ואפילו מפתח Board Design יחיד, לפתח כרטיס מחשב בקלות ובמהירות על בסיס משפחת הרכיבים Vortex86. ערכת הפיתוח, ניתנת לרכישה הן ישירות מחברת DMP Semiconductors והן מהנציגות הישראלית, ורטהיימר הנדסה בע”מ.
חברת DMP Semiconductors באמצעות ורטהיימר, מספקת ללקוחותיה את ערכת הפיתוח עם כל המשאבים הדרושים לפיתוח מהיר ומושלם של כרטיסי מחשב Vortex86.
עם הכרטיסים האלקטרונים, מגיעים השרטוטים המפורטים שלהם הן בפורמט pdf והן בפורמט המקובל לתכנון מעגלים מודפסים כגון ORCAD וכו’. בנוסף לשרטוטים, DMP Semiconductors מספקת גם קבצי Layout ואף קבצי Gerber של הכרטיסים עצמם. לצורך נוחיות המתכנן, חברת DMP Semiconductors מספקת גם את ה-BOM (רשימת הרכיבים) בקבצי אקסל, דבר המקל מאוד על המתכננים ועל מנהלי הרכש, בבואם להצטייד בחלקים הדרושים לפיתוח וייצור הכרטיס.
ה-Reference Manual של ה-Vortex86, כולל מאות עמודים ברורים ומפורטים ומלווים בשרטוטים וטבלאות רבות המסייעות להבנה מלאה של הרכיב.
היות ו-Vortex86 SOC, הוא למעשה מחשב PC, הוא זקוק ל-BIOS, כמו כל מחשב PC אחר ולכן, חברת DMP מציעה ללקוחותיה לרכוש את ה-BIOS שפותח והותאם
ל-Vortex86. ובמקרים שהלקוח צריך לעשות שינויים והתאמות ב-BIOS, חברת DMP מספקת שירות זה בנוסף.
מפתיע ככל שעשוי להישמע הדבר, חלקו של ה-BIOS בעץ המוצר, עומד על פחות משני דולרים, דבר שמסייע לאטרקטיביות של הפתרון.
הצעד הבא – פיתוח תוכנה
היות וערכת הפיתוח, כוללת את מרבית היציאות שה-Vortex86 SOC מכיל, ניתן להתחיל מייד בפיתוח התוכנה ושימוש בכרטיס הפיתוח, ה-Reference Design ובה בעת להתחיל לתכנן את המעגל הייחודי.
בבוא העת, כשמעגל המחשב פותח ואב טיפוס זמין, ניתן לבדוק את התוכנה על אב הטיפוס תוך הסרת אי הוודאות השכיחה בעניין השאלה, “במי האשם” בתוכנה או בחומרה.
בזכות התמיכה במערכות הפעלה רבות, ניתן לנצל קוד רב שכבר נכתב במערכות אחרות לשימוש חוזר במערכת שזה עתה פותחה. במידה ומערכת ההפעלה שנבחרה היא Windows Embedded XP או Windows Embedded 7, זמינות היישומים האין סופית משמשת כקרש קפיצה מהיר לסיום מוצלח של פיתוח המערכת. ובמידה ומשתמשים במערכת הפעלה Windows CE או ממשיכותיה, ניתן להשתמש גם בסביבת DOT NET, דבר אשר מקל על מציאת תוכניתנים שאינם מתמחים במערכות משובצות מחשב.

ושאר הצעדים החשובים
לאחר שפיתחת את המעגל שלך, תוכל לשלוח את התכנון למהנדסי DMP לצורך בחינה והתבוננות בשרטוטים. כמיטריה שלמה של שירותים, חברת DMP Electronics מציעה גם שירות של ייצור אב טיפוס, כולל הטענת ה-BIOS באב הטיפוס לפי הצורך. ובנוסף, החברה מציעה גם שירות של בדיקות וניפוי שגיאות של אב הטיפוס, דבר המספק בטחון משמעותי להצלחה וודאית של פרויקט הפיתוח של מערכות מבוססות Vortex86.

לסיכום
ארכיטקטורת All-In-One X86, מדיניות Open Schematics של חברת DMP Semiconductors, צריכת ההספק הנמוכה ואורך חיי אספקה של 10 שנים, מאפשרים לייצר מגוון עצום של מוצרים מבוססי מחשב בקלות ובמהירות.

חיים קלים למחלקת הפיתוח
ארכיטקטורת All-in-one X86
מאז שנות השמונים המוקדמות, ארכיטקטורת ה-X86 היא הארכיטקטורה העדיפה על המהנדסים.
מדיניות Open Schematics, Layouts & Gerber DMP Semiconductors מספקת קבצי ORCAD ל-Layout וקבצי Allegro
ל- (CAM-350), על מנת לעזור למתכננים להתאים בקלות את השרטוטים לתכנון שלהם ללא צורך להתחיל הכל מאפס.
Built in BIOS
חברת DMP Semiconductors מספקת שירותי תמיכת BIOS על מנת לאפשר לחברות קטנות ואף למתכנן יחיד שאינו בעל יכולות פיתוח Firmware.
צריכת הספק נמוכה במיוחד, פחות מ-1 וואט, מסייע בתכנון פשוט של זיווד מהיבטים של הולכת חום, ביטול הצורך במאוורר והיכולת להשתמש במקור מתח דל אנרגיה, כגון סוללה או ספק כח מזערי.
חיים קלים למחלקת הייצור
הרכיב מגיע במארז BGA 581 pin עם מערך של Ball Pitch
השימוש בטכנולוגיה בוגרת זו מביאה לתפוקה (yield) גבוהה והחזריים (RMA) נמוכים ביותר ותורמים לרמת אמינות ויציבות גבוהים ביותר של המוצר הסופי.

חיים קלים למחלקת הרכש
מחזור חיים של 10 שנים
כל המוצרים במשפחת Vortex86 הינם בעלי זמינות של 10 שנים, דבר הנותן יתרון יוצא דופן, הן לאורך חיי המוצר שלך והן ליכולת לתכנן שדרוג מוצר בבוא העת.
כמות פריטים ועלות נמוכה של עץ המוצר
משפחת רכיבי Vortex86 SOC כולל נגדי pull-up ומעגל clock Generator פנימיים, דבר המקטין את גודל ה-BOM ועלותו ומסייע בהקטנת העומס והמשאבים של מחלקת הרכש.
תכנון PCB יחיד
הרכיבים במשפחת ה-Vortex86 מאוד דומים מבחינת יציאות הפינים שלהם, דבר המאפשר למתכננים, לפתח מעגל מודפס יחיד עבור SOC שונים, דבר שעוזר הן מבחינת מלאי והן מבחינת גמישות שיווקית.

אבי ורטהיימר, הבעלים והמנכ”ל של חברת ורטהיימר הנדסה בע”מ משווקת מוצרי חברת DMP Electronic בישראל.