Существует три основных категории компьютеров: настольные системы (ПК), серверные системы различного типа и назначения, а также встроенные и промышленные системы. Предназначение и архитектура первых двух типов систем проста и понятна, а вот третья категория относится к наиболее сложным в архитектурном плане решениям, поскольку они обычно создаются для узкоспециализированных применений и имеют максимально сконцентрированную функциональность и компактное исполнение.
В последнее время наметился сдвиг к созданию конфигурируемых промышленных систем в интегральном исполнении. Большой опыт в данной отрасли имеет компания MEN, которая недавно выпустила новинку — одноплатный компьютер F12-3U CompactPCI на базе процессора PowerPC от Freescale.Рассматриваемое решение от MEN имеет несколько важных особенностей, благодаря которым продукт приобретает многогранность и, следовательно, может применяться в широком диапазоне индустриальных задач. Тот факт, что система базируется на процессоре MPC5200 automotive PowerPC, гарантирует низкое энергопотребление, а значит, сравнительно небольшое для системы с такой производительностью выделение тепла. Частота процессора достигает 400 МГц, при этом пиковая производительность может составлять более 700 миллионов операций в секунду (MIPS). Но даже при таких относительно высоких показателях процессор на ядре 603e потребляет не больше 1 Вт энергии. По заявлениям компании-производителя, система специально проектировалась для работы в условиях, требующих пониженного потребления электроэнергии и тепловыделения. Устойчивая работа этого одноплатного компьютера гарантируется в диапазоне температур от –40 до +85° С. Надёжный монтаж всех компонентов платы делает систему устойчивой к жёстким условиям эксплуатации, а возможность использования ОС Linux и полного набора программ для этой системы делает её незаменимой в мобильных промышленных применениях. Поддержка операционных систем VxWorks и QNX пригодится тем категориям пользователей, которым необходима промышленная система, работающая в режиме реального времени.
Оснащение F12-3U CompactPCI можно назвать солидным: в системе может быть установлено до 256 МБ оперативной памяти типа DDR, до 1 ГБ флэш-памяти технологии NAND и до 16 МБ видеопамяти. Для загрузки используется 8 МБ флэш-памяти и SRAM-модуль на 2 МБ, питаемый от батареи. Все перечисленные компоненты распаяны прямо на плате.
Третьей основной особенностью одноплатного компьютера является развитая система ввода-вывода. К ней относятся два интерфейса Fast Ethernet, один последовательный порт и один порт USB 1.1, оба разведены в разъёмы RJ-45, однако в качестве альтернативы можно использовать разъём D-Sub — он гораздо устойчивее к механическим воздействиям и позволяет эксплуатировать систему в наиболее жёстких условиях. В подсистему ввода-вывода процессора MPC5200 включена поддержка двух CAN-контроллеров, которые работают по протоколу V2.0A/B CAN и могут быть подсоединены при помощи разъёмов SA-Adapter.
Главное преимущество системы ввода-вывода F12-3U CompactPCI — её архитектурное исполнение на FPGA-логике (гибко программируемая логика) компании Altera. Для этих целей использован чип Altera Cyclone EP1C12, содержащий 12060 логических элементов и 239616 битов памяти. Чип можно гибко конфигурировать, используя уже готовые IP-ядра. Эта особенность позволяет настроить систему в соответствии с различными применениями и запрограммировать на уровне аппаратного обеспечения необходимые конечному пользователю функции, например графику, аудио AC'97, дополнительные последовательные интерфейсы, дополнительные CAN-контроллеры, бинарный ввод-вывод для нужд приложений и т.п. В стандартной библиотеке IP-ядер от MEN можно найти почти все из перечисленных компонентов. FPGA загружается из флэш-памяти размером 8 МБ перед стартом системы, при этом во время работы можно обновить содержание FPGA в загрузочной флэш-памяти. На физическом уровне функции FPGA могут быть реализованы с использованием SA-Adapter, максимальное количество которых для F-12 составляет 6 штук. Все адаптеры могут быть задействованы с фронтальной панели.
Стоит отметить возможности BIOS данной системы, которая выполнена по технологии MENMON и позволяет осуществлять первичную загрузку операционной системы не только с диска, но и с флэш-памяти или сети, а также проводить тестирование всей аппаратуры и отладку приложений даже без загрузки операционной системы.
Благодаря использованию PCI-моста система становится ещё более масштабируемой, предлагая пользователю надёжный механизм расширения за счёт полноценной реализации интерфейса CompactPCI. Наряду с перечисленными возможностями система стандартно оснащается встроенными таймерами и часами реального времени.
В целом компьютер обладает довольно богатой функциональностью при сохранении очень компактных габаритов, что позволит ему найти применение во множестве различных индустриальных устройств. А низкая потребляемая мощность, тепловыделение и гибкость настройки могут стать весомым аргументом в пользу использования именно данной разработки среди прочих равных.
| Технические характеристики компьютера F 12-3U* | |
| Процессор, тип/МГц | PowerPC MPC5200 / 400 |
| Оперативная память, МБ макс. | 256 |
| Флэш-память, тип/МБ макс. | NAND 1024 |
| Загрузочная память, МБ | 8 |
| SRAM-память, МБ | 2 |
| Поддержка дисков | 1 IDE-контроллер |
| Интерфейсы ввода-вывода | 1 x USB; 1 x Ethernet 100 Мбит/с 1 x RS232 (COM1); 1 x UART (COM10) 1 x CAN-bus; 1 x GPIO |
| FPGA | Altera Cyclone EP1C12 12 060 логических элементов 239 616 суммарно битов RAM |
| *Использованы справочные данные с сайта компании-производителя | |
