Mehr Leistung für bessere Bilder

Kompakte COM-Express-Module, die auf der dritten Generation der Intel-Core-Prozessoren mit vier oder zwei Rechenkernen basieren, bieten eine weiter verbesserte Grafik- und Rechenleistung. Mit der Umstellung der Steckerbelegung von Typ 2 auf Typ 6 werden die neuen digitalen Displayschnittstellen und schnelles USB 3.0 unterstützt.

Zeitgleich zur Einführung der dritten Generation von Intels Embedded-Prozessoren Core i5 und i7 (Ivy Bridge) stellten zahlreiche Embedded-Modul-Hersteller erste Produkte vor, die auf dieser neuen CPU-Technologie basieren. Die Prozessoren bieten eine weitere Verbesserung der Rechenleistung und vor allem der Grafik- und Video-Leistung im Vergleich zu den Vorgängertypen der zweiten Generation. Diese Merkmale eröffnen eine Reihe von neuen Einsatzmöglichkeiten in Embedded-Applikationen mit umfangreicher Signalverarbeitung sowie in anspruchsvollen Bildverarbeitungsanwendungen mit 3D-Grafik und hochauflösenden Videos. Ein weiteres interessantes Einsatzfeld ist die Ansteuerung großflächiger Displays.

Standardisierte Embedded-Module integrieren die PC-Kernfunktionen wie CPU, Grafik, Speicher und Standardschnittstellen und werden über maximal zwei Steckverbinder auf ein applikationsspezifisches Baseboard gesteckt. Für Anwendungen, die höchste Rechen-, Grafik- und Videoleistung erfordern, wird auch in den nächsten Jahren der COM-Express-Standard der PICMG erste Wahl bleiben.

verbesserte Grafikrechenleistung durch kompakte COM Express-Module

In der Spezifikation sind die Abmessungen des Moduls, die Lage der Befestigungsbohrungen und die Platzierung und Pin-Belegung der Konnektoren zum Baseboard festgelegt. Über die Stecker werden die typischen seriellen Schnittstellen wie PCI Express, USB, Audio, Grafik und Ethernet hinausgeführt. Durch die Festschreibung der Pin-Belegung ist sichergestellt, dass die Module untereinander austauschbar bleiben und so bei Bedarf aufgerüstet werden können.

Doch eine hohe Rechenleistung ist nicht alles. Die Intel-Core-Prozessorplattform der dritten Generation bietet ideale Voraussetzungen für den Einsatz neuer, schnellerer Schnittstellen und Busse. Die Grundlage für ein neues Pinout hat man bereits 2010 mit der COM-Express 2.0-Spezifikation, Revision 2.0 geschaffen. Der Standard definiert unter anderem neben der weit verbreiteten Pin-Belegung Typ 2 den neuen Pin-out Typ 6, der inzwischen immer mehr zur Anwendung kommt. Die realisierten Typ-2-Lösungen werden jedoch noch viele Jahre bestehen und von den Modulherstellern mit neuester Technologie unterstützt, da in vielen Embedded-Anwendungsbereichen die Entwicklungszyklen oft sehr lang sind.

Welche Vorteile bieten COM-Express-Module mit Typ-6- Pin-out? Gegenüber bisherigen Typ-2-Baugruppen werden bis zu drei flexibel konfigurierbare Digital Display Interfaces unterstützt, die sowohl als DVI, HDMI oder DisplayPort genutzt werden können. Damit lassen sich einfacher drei unabhängige, hochauflösende Displays anschließen. In der Vergangenheit waren dafür zusätzliche Konverter-Chips auf den Baseboards nötig, die aus den SDVO-Signalen HDMI oder DVI erzeugten. Alternativ wurden die DDI-Schnittstellen der Core-Logik (CPU/Chipsatz) auf die PEG-Leitungen gemultiplext, was aber dem COM.0-Standard nicht entsprach und ebenfalls spezielle Unterstützung auf dem Baseboard oder über Adapterkarten erforderte. Bei Typ-6-Baugruppen sind dedizierte DDI-Leitungen vorgesehen, die auf dem COM-Express-Trägerboard nur noch geeignete Monitorstecker erfordern. Neben dem separaten PEG-Port ist die parallele Nutzung der integrierten Intel-HD-Grafik sowie einer externen Grafikkarte möglich. Für geräteinterne Bildschirme gibt es im neuen Pin-out zusätzlich einen Embedded DisplayPort (eDP), der wahlweise auch LVDS-Signale führen kann. Die Unterstützung der digitalen Display-Schnittstellen ist für den Einsatz von Embedded-Modulen in innovativen Systemen von großer Bedeutung, weiß Wolfgang Eisenbarth, VP Marketing, Embedded Computer Technology, MSC: „Der Support aller neuen Display Interfaces vereinfacht das Design des Baseboards, wodurch sich die Entwicklung grafikorientierter Anwendungen beschleunigen lässt. Die neuen Grafikschnittstellen sind in den Intel-Chipsätzen implementiert und stellen so einen universellen Standard dar.“

Erstmals unterstützen die COMs mit einer Typ-6-Steckerbelegung neben USB-2.0- auch USB-3.0-Schnittstellen. Da USB 3.0 mit bis zu 5 GBit/s zehnmal schneller als USB 2.0 ist, ergibt sich eine enorme Steigerung der Datenübertragungsrate im Vollduplexbetrieb, der gleichzeitiges Senden und Empfangen von Daten ermöglicht. Das Typ-6-Pin-out sieht bis zu vier USB 3.0-Anschlüsse vor. Darüber hinaus wurde die Anzahl der möglichen PCI Express Lanes (Gen 2) von sechs auf acht erhöht. Der extensive Support von PCI Express unterstreicht den Trend weg von der parallelen Kommunikation hin zu seriellen Embedded-System-Designs mit höherer Bandbreite. Der künftig wenig unterstützte SDVO wird mit einer der DDI-Schnittstellen gemultiplext, nicht mehr mit den PEG-Signalen. Zusätzlich als Option eingeführt hat man zwei klassische serielle Ports. Daneben ist ein CAN-Bus-Interface möglich. Da sich die Gesamtzahl der verfügbaren 440 Pins bei COM Express nicht verändert hat, wurden für die zusätzlich benötigten Signalleitungen die veralteten Legacy- Schnittstellen PCI und IDE gestrichen.

Die Intel-Core-Prozessorfamilie der dritten Generation wird in einem 22-nm-Prozess mit 3D-Tri-Gate-Transistoren gefertigt, der deutliche Verbesserungen bei Rechenleistung und Stromverbrauch bringt. Die derzeit verfügbaren Prozessoren mit vier bzw. zwei Rechenkernen arbeiten mit dem Intel-7-Series-Chipsatz zusammen. Die Quad-Core-Prozessoren unterstützen die Intel-64-Architecture, die Intel-Virtualization-Technologie, die Intel Advanced Vector Extensions und den Intel-Advanced-Encryption-Standard. Die implementierte Virtualisierungstechnologie bietet neben der Möglichkeit parallel, in voreinander geschützten Speicherbereichen, unterschiedliche Betriebssysteme und Applikationen ablaufen zu lassen, auch die Virtualisierung von I/O-Schnittstellen und Laufwerken. Dank der integrierten Enhanced-Intel-Turbo-Boost-Technologie können einzelne Rechenkerne individuell übertaktet werden, um die Prozessorleistung nochmals beachtlich zu steigern.

Der auf dem Prozessor-Die untergebrachte Grafikcontroller Intel HD 4000 Graphics verfügt über 16 Grafikkerne und bietet gegenüber der zweiten Generation von Core-Prozessoren eine deutlich verbesserte Video- und Grafikbeschleunigung. Neben dem Support von drei unabhängigen Displays werden erstmals DirectX 11 und OpenGL 3.1 unterstützt. Mit der Accelerated-MPEG-2 Video- Encoding und -Decoding-Funktion lassen sich mehrfach hochauflösende Full-HD-Videos parallel dekodieren. Die GraphicsTurbo-Boost-Technologie, bei der die Taktfrequenz des Graphikcontrollers kurzzeitig erhöht wird, sorgt zusätzlich für sehr gute Grafikleistung. Darüber hinaus bietet Intel ein Software Development Kit für OpenCL-Anwendungen an, mit dem der Anwender neben den CPU-Kernen auch die leistungsfähigen Rechenwerke der Grafikcontroller für Floating-Point-, Vektor- und Bildverarbeitungsaufgaben nutzen kann.

Die COM-Express-Module MSC C6B-7S von MSC basieren auf der Intel-Core-Prozessorfamilie der dritten Generation und unterstützen die Steckerbelegung gemäß Typ 6. Die ersten Produkte sind mit den Quad-Core-Prozessoren Intel Core i7-3615QE mit 45 W maximaler Verlustleistung (TDP), der im Turbo- Mode mit bis zu 3,3 GHz getaktet wird, bzw. Intel Core i7-3612QE (35 W TDP) bestückt. Für Anwendungen mit geringeren Leistungsanforderungen bieten sich die COM Express-Module mit unterschiedlichen Dual-Core-Prozessoren der i5- und i3-Typen an. Schnelle Dual-Channel DDR3 SDRAM-Module (zwei SO-DIMM Sockel) mit einer maximalen Speicherkapazität von insgesamt 16 GByte stellen eine hohe Computing-Leistung bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch sicher.

Bild2 3rd Generation Intel Core Die Flat

Struktur eines Intel-Core-Prozessors der dritten Generation mit vier Cores. (Bild: Intel)


COM EXPRESS PIN-OUT TYP 2 UND TYP 6 IM VERGLEICH

Pin-outAnzahl KonnektorenPCI Express LanesPEGPCIIDESATALANVideo AusgängeUSBSonstige

Typ 2

2 (2 x 220 Pins)

22

ja

ja

1

4

1

LVDS, VGA, DDI mit SDVO, DP,
HDMI/ DVI (multiplexed mit PEG)

8 x USB 2.0

Typ 6

2 (2 x 220 Pins)

24

ja

nein

0

4

1

LVDS, VGA, 3x DDI mit SDVO, DP,
HDMI/ DVI

8 x USB 2.0

2x COM, 4x USB 3.0

An Schnittstellen bieten die COM Express-Baugruppen neben sieben PCI Express- x1-Kanälen ein PCI Express Graphics (PEG) x16 Interface, je vier USB-2.0- und USB-3.0-Ports, HD Audio und GBit-Ethernet. Zum Anschluss von hochauflösenden Displays sind, neben VGA und LVDS, drei wahlweise als DisplayPort oder HDMI/DVI nutzbare Interfaces mit einer Auflösung von bis zu 2.560 x 1.600 Bildpunkten vorhanden. Die Daten lassen sich über vier SATA-IIKanäle mit bis zu 300 MBit/s oder auf einer optional bestückbaren NAND Flash SSD speichern. Ein Onboard-Stecker für einen geregelten Lüfter auf einer speziellen Kühllösung erlaubt die Realisierung leiser Systeme für geräuschempfindliche Umgebungen. Die Plattformen laufen unter den Betriebssystemen Windows 7, Windows XP (embedded) und Linux. Als BIOS kommt die UEFI Firmware von AMI zum Einsatz.

Den direkten Zugriff auf bestimmte Funktionen der Module erlaubt eine EAPI-Programmierschnittstelle entsprechend der COM.0-Spezifikation implementiert. Wolfgang Eisenbarth: „Damit verfügen Qseven- und COM-Express-Module über eine absolut identische offene und von vielen Embedded-Herstellern unterstützte Softwareschnittstelle, die z.B. den Zugriff auf Watchdog, GPIOs, Displayhelligkeit, I2C-Bus und weitere Funktionen erlaubt.“
Um den Umstieg zum Typ 6-Standard zu erleichtern und die Technologie auch ohne eigenes lauffähiges Baseboard zu testen und zu evaluieren, bietet MSC ein Evaluierungsboard und ein Starterkit. Mit der Plattform kann auch sofort die Softwareentwicklung beginnen. Das Evaluierungsboard C6-MB-EVA im ATX-Format (305 mm x 244 mm) bietet neben dem Steckplatz für COM-Express-Module im Basic- oder Compact-Format zahlreiche Schnittstellen, Busstecker und Anschlussmöglichkeiten für Displays und Monitore, die nach Typ-6P-in-out möglich sind. Neben je einem Steckplatz für MiniPCI Express und mSATA-Karten, einem SDCard- Sockel, Steckern für Netzwerk, SATA, USB 2.0 und 3.0 und unterschiedlicher PCI Express Slots verfügt das Board über eine POST-Code-Anzeige.

Zur schnellen Entwicklung auf Basis der COM-Express-Module ist auch ein komplettes Starterkit erhältlich, bestehend aus einem frei wählbaren COM Express-Modul mit Intel-Core-Prozessor und einem kompakten Baseboard, das die wichtigsten und neu verfügbaren Schnittstellen enthält. Die MSC-C6B-7S-Modulfamilie ist für anspruchsvolle Grafik- und Videoanwendungen in den Märkten Digital Signage, POI/POS, Gaming, Medizintechnik und Automatisierung prädestiniert.

Autoren

Rosemarie Krause, freie Autorin für MSC in Zsammenarbeit mit Wolfgang Eisenbarth VP Marketing Embedded Computer Technology, MSC

Veröffentlicht in

E&E Ausgabe 7 2012