Bedre enn noen gang – det nye livet til SMARC

Nylig lanserte Standardization Group for embedded Technologies (SGeT) versjon 2.0 av den innvevde modulstandarden SMARC, og en rekke selskaper viste tidlige versjoner av relaterte produkter allerede på Embedded World 2016 i Nürnberg. Den resulterende hypen rundt denne modulspesifikasjonen er grunn nok til å ta en nærmere titt på denne “ultimate” standarden laveffekt prosessormoduler, og belyse forskjellene mellom den og SMARC 1.1, Qseven & Co.

Møtte begrensninger

Standardene for innvevde moduler benevnt som Qseven og SMARC er begge under full kontroll av industrigruppen SGeT, og derfor har mange selskaper sendt delegater til arbeidsgruppene for begge standardene. For omkring et år siden konkluderte noen medlemmer av Qseven arbeidsgruppe SDT.02 at Qseven standarden hadde begrensede muligheter for viktige utvidelser på grunn av at den 230-pinns MXM-2 kontakten som brukes for signaloverføring ned til bærerkortet,  var fullt utnyttet og ute av stand til å implementere flere signaler. For applikasjoner i den virkelige verden var det imidlertid et skrikende behov for ekstra signaler for innvevd maskinvare, og som oversteg kapasiteten i Qseven-kontakten.

Slo seg sammen

Som et alternativ diskuterte man neste størrelse, en MXM-3 kontakt med 314 pinner som allerede hadde blitt brukt i SMARC 1.1 standarden. Samtidig hadde SGeT arbeidsgruppe SDT.01 blitt kalt sammen med det ambisiøse oppdrag å definere neste generasjons SMARC standard. Mange delegater fra arbeidsgruppen for Qseven kom da til den konklusjon at markedet er for lite for to konkurrerende standarder som bruker den samme kontakten, men med forskjellig pinneutlegg. Derfor slo de seg sammen med SMARC arbeidsgruppe SDT.01 for å kunne bidra med definisjonen av den ultimate standarden for laveffekt prosessormoduler.

Eldre signaler fjernet

Alle viktige signaler for innvevde prosessorapplikasjoner burde forbli tilgjengelige, men mange eldre signaler ble fjernet, for å kunne frigjøre pinner for nye grensesnitt som kan tilby raskere hastigheter og lavere antall pinner, som igjen kan gi en økonomisk gevinst i funksjonalitet og ytelse. Derfor var ikke bakoverkompatibilitet fra SMARC 2.0 til SMARC 1.1 et uttalt mål, og er følgelig heller ikke oppnådd (eventuelt bare med svært mange begrensninger). Det man imidlertid har oppnådd, er en absolutt tilpasning av standarden for både ARM/RISC- og for x86 prosessorer.

To størrelser

SMARC-standarden har to ulike modulstørrelse (82 x 50mm og 82 x 80mm) og skal derfor gi produsentene av prosessormoduler tilstrekkelig fleksibilitet til å lage nye modulprodukter med den rette miksen av funksjoner, og å finne deres optimale løsning i forhold til kost/ytelse. Det minste formatet gir nok plass for énbrikke SoC (Systems-on-Chip) slik som Intel Atom eller i.MX6 fra NXP (Freescale), i tillegg til noen DRAM-brikker og kanskje en Flash-enhet. Dersom modulen er rettet mot høyere funksjonalitet i nærheten av Ethernet, trengs det flere kontrollerbrikker som kanskje vil behøve den ekstra plassen det større modulformatet kan tilby. Dette vil spesielt være tilfellet når RF-funksjoner som WLAN, Bluetooth eller 3G/4G datakommunikasjon er påkrevd. Til dette formålet vil en radiomodul bli lagt til, og modulstandarden spesifiserer til og med plasseringen av antennekontaktene for denne.

Nye grensesnitt

Sammenlignet med den tidligere SMARC 1.1 spesifikasjonen ble det lagt til mange nye grensesnitt i revisjon 2.0. Disse inkluderer et LVDS grensesnitt nummer to, som kan brukes for å drive høyoppløselige LCD-skjermer i et tokanals arrangement sammen med den første LVDS kanalen (som vil tillate TFT bildeoppløsninger opp til Full-HD), eller for å drive to helt uavhengige skjermer på enkle LVDS kanaler. Den nye standarden inkluderer også en alternativ anvendelse av LVDS pinnene for DSI eller embedded DisplayPort (eDP). For å få til dette måtte de parallelle RGB-linjene for mindre LCD-skjermer droppes, men disse trengs ikke lenger for nyere skjermer og moderne applikasjoner.

Opptil tre skjermer

Ved siden av den eksisterende HDMI grafikkporten har den nye standarden en kombinert HDMI/DP port som er kalt DP++ ettersom den kombinert implementerer signalene for både DisplayPort, HDMI og DVI. Når den brukes sammen med HDMI- og LVDS-portene, byr det seg muligheter for å drive opp til tre uavhengige skjermsystemer (under forutsetning at CPU-plattformen i modulen i det hele tatt støtter tre uavhengige skjermer).

Sanntidsmuligheter

SMARC 1.1 hadde kun én Gigabit Ethernet port, hvilket nå er utvidet til to, ettersom moderne applikasjoner trolig vil kreve to LAN-porter for å kunne drive to Ethernet subnettverk og for å  skille ulike kommunikasjonsområder (f.eks. sensor- og administrasjonsdomener i IoT Gateways). Sanntids triggersignaler er blitt tilført begge Ethernet-portene for å kunne gi dem RT-muligheter i henhold til IEEE1588.

Flere grensesnitt

SMARC ver. 2.0 tilbyr nå opptil fire PCI Express grensesnitt, ett mer enn 1.1 hvilket for egnede plattformer vil muliggjøre drift av en ekstra PCIe x4, noe som resulterer i en betydelig ytelsesforbedring. For USB er situasjonen tilsvarende, ettersom et tillegg av tre USB 2.0 porter åpner for opptil 6 USB 2.0 mot opptil to USB 3.0 porter. Dette understreker hvor egnet SMARC standarden er for x86 plattformer, noe skaperne av SMARC 2.0 hele tiden hadde i bakhodet, fordi disse CPUene gjerne er sultne på USB porter. For ARM/RISC plattformer er det to USB porter som også har mulighet for å støtte klientfunksjonalitet. Og igjen, for x86 ble en av de to SPI-bussene forsterket med mulighet for eSPI funksjonalitet. To audiogrensesnitt kan brukes i parallell; ett for I2S audio slik det brukes av ARM prosessorer, og ett for HD audio, som er kodingen for x86 CPUer.

Utfasede grensesnitt

Man har gått bort fra støtte for de mindre populære 8-bit MMC/SD kortgrensesnittene, mens 4-bit SDIO fortsatt er tilgjengelig for mer populære SD-kort. Også det parallelle kameragrensesnittet har måttet vike plass for implementering av de nye grensesnittene som er beskrevet over. Men standarden vil fortsatt omfatte to MIPI CSI-2 grensesnitt, ett med to spor og det andre med hele fire spor. Dette gjør SMARC 2.0 til standarden med det videste og mest fleksible kameragrensesnittet for alle etablerte COM standarder (Computer-on-Module). Som om ikke det var nok; SMARC 2.0 tilbyr også en SATA port, 12 GPIO, to CAN busser og 4 UART seriegrensesnitt, noe som alltid vil være viktig i innvevde applikasjoner.

Fremtidssikker

En av de mest fremtidssikre egenskapene ved SMARC 2.0 standarden er det store antallet ”reserverte” linjer som er tilgjengelig på MXM-3 kontakten, og som er tiltenkt fremtidig bruk når nye og flere grensesnitt skal inkluderes (og som trolig er ukjente for oss i dag). Med denne muligheten for fremtidige utvidelser sikrer SMARC 2.0 standarden at den kan forbedres senere, uten at dagens bærerkort og/eller moduler gjøres utdatert. Ingen maskinvare som designes etter den nåværende SMARC 2.0 standarden vil gå til spille når nye revisjoner av SMARC blir publisert. Standarden ivaretar tvert imot innebygd oppgraderbarhet, og beskytter således alle investeringer i dagens versjon av standarden. Noe som i tillegg sikrer et riktig valg, er det faktum at alle viktige produsenter av innvevde maskinvaremoduler deltok i arbeidsgruppen for SMARC i SGeT da standarden ble definert, og har kunngjort sine egne planer for å tilby produkter i henhold til denne standarden.

Bærerkort

Avnet Embedded og MSC Technologies lanserte en førsteversjon SMARC 2.0 modul basert på ARM Cortex-A9 prosessorene i.MX6 fra NXP, og har presentert et passende bærerkort i Mini-ITX formatet. Modulserien MSC SM2S-IMX6 støtter fire-, to- og énkjerne CPUer så vel som de nylig lanserte ”Plus“ prosessorene med sin forbedrede datakapasitet og høyere grafikkytelse. Modulen kommer i det mindre formatet 82mm x 50mm og har opptil 4GB DRAM og opptil 64GB eMMC Flash. En integrert Micro-SD kortplass muliggjør bruk av ekstra Flash kort, og dette kortet eller eMMC Flash kan benyttes for oppstart, og kan inneholde operativsystemet. HDMI- og LVDS grafikkgrensesnitt kan drive skjermer med opløsnign opp til Full-HD. Modulen støtter PCI Express Gen. 2.0 og SATA II opptil 3.0 Gbps så vel som 5x USB 2.0 Host og USB 2.0 OTG (Host/Client) ved siden av Gigabit Ethernet, 4x UART, 2x SPI, 2x I²C og 2x CAN. MIPI CSI-2 grensesnittet kan benyttes som kamerainngang. Den nye modulen vil være tilgjengelig i varianter med fullt industrielt temperaturområde fra -40° til +85°C i tillegg til kommersielle temperaturer.

Komplett programvarestøtte

Det interne designet til den nye SMARC 2.0 modulen benytter den samme maskinvarekjernen som de populære Qseven- og nanoRISC modulene fra MSC, som også er basert på i.MX6 prosessorene fra NXP. Derfor er komplett programvarestøtte tilgjengelig helt fra begynnelsen av, fra bootloader til operativsystem, drivere og verktøy. Dette omfatter også Yocto Linux og Android, mens Windows Embedded Compact (WEC2013 og WEC7) og flere Linux-varianter vil komme senere.

Mini-ITX

Bærerkortet MSC SM2-MB-EP1 kommer i mini-ITX formatet 170 x 170mm og gir tilgang til de fleste funksjonene i den nye SMARC 2.0 standarden. Med sitt mangfold av grensesnitt vil det være et godt valg for evaluering av SMARC 2.0 moduler, men kan brukes – kanskje i en lettere bestykket versjon – for mindre krevende volumapplikasjoner.

Tilgjengelighet

Prøveleveranser av MSC SM2S-IMX6 modulen vil være tilgjengelig så snart SGeT har publisert hele innholdet i SMARC 2.0 standarden. “Vi betrakter SMARC 2.0 som den beste og mest fremtidssikre standarden for innvevde moduler i små formfaktorer, og setter pris på støtten til denne standarden fra alle de ledende COM-produsentene. Vi har allerede startet utvikling av vår andre SMARC 2.0 modul, som vil bli basert på neste generasjon Atom prosessorer fra Intel”, uttaler Jens Plachetka, Manager Embedded Boards hos MSC.

Artikkelforfatterne er Peter Eckelmann, produktmarkedssjef, MSC Technologies og Tim Jensen, forretningsutvikler for dataløsninger, Avnet Embedded EMEA