Новые возможности COM Express


PDF версия

За пять лет успешного существования спецификации COM Express™ технология х86 значительно обновилась: появились миниатюрные процессоры с улучшенными параметрами энергопотребления и более производительной обработкой графической информации. Рынку потребовались более компактные системы с улучшенными графическими возможностями, и появилась вторая версия спецификации COM Express — COM.0 Rev.2.0. Технология COM Express обогатилась новыми функциями и стала масштабируемой, что, в свою очередь, расширило возможности ускоренного построения специализированных систем с меньшей стоимостью владения (TCO — Total Cost Ownership).

В первой версии спецификации COM Express были определены два типоразмера: basic (базовый) и extended (расширенный), а также пять схем расположения контактов ввода/вывода с различными интерфейсами подключения к прикладной плате-носителю. Во второй версии спецификации COM Express появилось определение ещё одного типоразмера и двух новых схем расположения выводов.

Compact — новый типоразмер в спецификации COM Express
Новый типоразмер в спецификации COM Express называется compact (компактный) и характеризуется размерами 95×95 мм, что на 24% меньше базового типоразмера по занимаемой электронными компонентами площади (см. рис. 1). Остальные характеристики — физические ограничения, расположение коннектора и назначение выводов — те же самые. Компактный типоразмер уже довольно хорошо известен разработчикам, поскольку компания Kontron представила его сообществу достаточно давно, занимаясь выпуском модулей по этой спецификации под фирменным названием microETXexpress с 2006 г.

Рис. 1. Новый типоразмер Сompact — основа разработки компактных систем на базе спецификации COM Express

Судя по всему, тенденция к использованию модулей меньших размеров сохранится и в дальнейшем, что будет открывать новые области применения, особенно в сфере мобильных устройств. Более всего это заметно в транспортной отрасли, где то и дело находятся новые ниши для использования встраиваемых плат. Это означает, что производители плат должны выпускать продукты с чрезвычайно широкими возможностями, которые могут легко конфигурироваться в соответствии с потребностями каждого конкретного приложения. И в дальнейшем будет расти спрос на ещё более миниатюрные модули (типа устройств семейства nanoETXexpress с размерами 84×55 мм).
Модули Kontron nanoETXexpress соответствуют требованиям стандарта PICMG COM Express в части назначения и схемы расположения выводов и идеально подходят для создания новых поколений мобильных встраиваемых приложений размером не более обычных банковских карточек с малым энергопотреблением и со всеми современными интерфейсами.
Несмотря на то, что размеры модулей и схемы расположения выводов могут комбинироваться произвольным образом, для сверхкомпактных компьютеров на модуле типа nanoETXexpress лучшим вариантом по электрическим параметрам является новая схема типа 10 (type 10). В целом схемы расположения выводов, приведённые в спецификации COM Express, определяют интерфейсы и шины связи СОМ-компьютера с дополнительными компонентами и периферийными устройствами через плату-носитель. До настоящего времени самыми широко используемыми (в 9 случаях из 10) схемами были схемы типа 1 и 2. Поэтому именно на них базируются новые схемы компоновки выводов, предоставляя разработчикам возможность выбора вариантов будущих изделий.

10 против 1

Наиболее важной особенностью второй версии спецификации является новая схема расположения выводов типа 10 (type 10) — своего рода близнец схемы типа 1 (type 1). Однако в отличие от своего предшественника-близнеца, она более ориентирована на применение сверхкомпактных процессоров нового поколения.
В частности, в схеме расположения выводов типа 1 порты SATA с номерами 2 и 3 выведены в контакты рядов А и В, в то время как в схеме типа 10 эти же контакты под порты SATA уже не резервируются, поскольку у новейших процессоров, на которые и рассчитан тип 10, только два интерфейса SATA. Несмотря на то, что эти контакты по-прежнему можно использовать в качестве портов SATA, они предназначены для других целей, например, для реализации USB 3.0. Поэтому компания Kontron не рекомендует в проектах со схемами типа 1 (но используемыми в качестве схем типа 10) выводить в эти контакты линии портов SATA 2 и 3. Подобное решение обеспечит совместимость модулей и вместе с этим их готовность к реализации новых технологий связи типа USB 3.0.
В таблице 1 показано другое различие в определении контактов рядов А и В, касающееся распределения каналов PCIe. В схеме типа 1 предусмотрена организация шести каналов PCIe, в то время как в схеме типа 10 контакты для каналов PCIe 4 и 5 не резервируются и потому могут использоваться в других целях.

 

Таблица 1. Изменения в схеме распределения выводов типа 10 по сравнению со схемой типа 1

Типоразмер extended: схема типа 1

 

Новая схема типа 10

Gigabit Ethernet

LPC

 

Gigabit Ethernet

LPC

SMB

SMB

I2C

I2C

SATA 0

SATA 1

SATA 0

SATA 1

SATA 2

SATA 3

Не подключен

Не подключен

AC 97/HD Audio

AC 97/HD Audio

AC 97/HD Audio

AC 97/HD Audio

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

USB 1.1/2.0

PCI Express 0

PCI Express 1

PCI Express 0

PCI Express 1

PCI Express 2

PCI Express 3

PCI Express 2

PCI Express 3

PCI Express 4

PCI Express 5

Не подключен

Не подключен

GPIO/SDIO

GPIO/SDIO

GPIO/SDIO

GPIO/SDIO

LVDS A

LVDS B

LVDS A

Digital Display Interface (DDI)

Питание часов (3 В)

VGA

Питание часов (3 В)

SPI

5 В резервного питания

SPI

5 В резервного питания

Питание

Питание

Serial COM

Питание

Serial COM

Питание

А

В

А

В

Следующее отличие схемы типа 10 от схемы типа 1 — замена второго канала LVDS, каналов TV out и VGA на канал DDI для реализации поддержки порта SDVO (либо портов DisplayPort или HDMI/DVI). Таким образом, к сверхкомпактным модулям типа 10 (например, к модулям Kontron nanoETXexpress-TT) можно подключить не только дисплеи с новейшими интерфейсами, но и два монитора с различными интерфейсами (благодаря сохранению в модуле одного канала LVDS).

Схема типа 6: расширенная поддержка дополнительных дисплейных интерфейсов

В основу схемы типа 6 положена схема типа 2 — самая распространённая на сегодня схема распределения выводов по спецификации COM Express™ COM.0. В новой схеме учтены расширенные графические возможности новейших процессоров. Те контакты, которые раньше выделялись для PCI, в новой схеме используются для реализации цифровых дисплейных интерфейсов и дополнительных каналов PCI Express, а контакты, предназначенные в схеме типа 2 для реализации интерфейса IDE, в схеме типа 6 зарезервированы для будущих коммуникационных технологий. Одной из таких технологий может стать USB 3.0, поскольку 16-ти высвободившихся контактов вполне достаточно для реализации четырёх из 8 портов USB 2.0 в виде портов USB 3.0, для каждого из которых требуется по две дополнительных пары проводников (по сравнению с USB 2.0).
Схема распределения выводов типа 6 позволяет создавать дополнительные дисплейные интерфейсы. Широкая поддержка графических средств всегда была одной из особенностей технологии COM Express. Как и все другие схемы распределения выводов (за исключением схемы типа 10), схема типа 6 поддерживает аналоговый интерфейс VGA. Устройства с интерфейсом LVDS (Low-Voltage Differential Signaling — низковольтные дифференциальные сигналы) могут непосредственно подключаться к схемам любого типа. Схема типа 6 предоставляет гораздо больше возможностей подключения графических устройств. Например, в ней реализованы три порта, специально предназначенные для реализации новых цифровых дисплейных интерфейсов (DDI). Эти порты могут быть независимо друг от друга сконфигурированы как HDMI-порты (HDMI — интерфейс мультимедийных устройств высокой чёткости), в частности как совместимые по электрическим параметрам интерфейсы DVI (Digital Visual Interface — цифровой видеоинтерфейс) или DisplayPort. Кроме того, порт DDI 1 поддерживает интерфейс SDVO (serial digital video output — последовательный цифровой видеовыход), который теперь не мультиплексируется в PEG-порту, как в схеме распределения выводов типа 2. Это позволяет одновременно со встроенными графическими средствами использовать и внешние графические PEG-платы, например, для построения многодисплейных систем более чем с 4 экранами или систем обработки данных на базе универсальных графических процессоров (general-purpose GPU).
Благодаря развитой поддержке новых графических возможностей будущих микропроцессорных наборов схема распределения выводов типа 6 превращается в многообещающую замену схемам типа 2 и 3, появившуюся именно тогда, когда в ней возникла необходимость. Компания Kontron накопила большой опыт использования этой схемы в различных прикладных областях, так что разработчикам, желающим в полной мере задействовать графические возможности COM Express, уже доступны необходимые технические решения. Специалисты компании готовы оказать помощь в переходе от использования схемы типа 2 к использованию схемы типа 6. Первым из новых модулей типа 6 в базовом формате является модуль Kontron ETXexpress-AI (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Модуль Kontron COM Express COM.0 R2.0 Type 6 ETXexpress®-AI с процессором Intel® Core i5/i7

 

Другие изменения

В новую версию были также внесены следующие изменения: СОМ-модули типов 10 и 6 теперь поддерживают SDIO, мультиплексируемые с существующими сигналами GPIO. Дополнительно были добавлены два последовательных TTL-порта с уровнями сигналов в 3,3 В, требуемыми многими унаследованными приложениями, и здесь стандарт снова продемонстрировал, насколько гибко с его помощью можно откликаться на потребности рынка. Порты можно использовать в разных целях, например для реализации каналов RS232, RS485, шины CAN и других двухпроводных интерфейсов.
В числе других изменений, затронувших все типы модулей, можно назвать следующие. Коннектор COM Express в существующем виде утверждён для передачи сигналов PCI Express Gen2. Кроме того, контакты АС97 теперь используются для передачи аудиосигналов АС97 и HD audio. После реализации шины SPI в БИОСе появился новый микропрограммный интерфейс внутренней и внешней начальной загрузки, поддерживаемый процессорами нового поколения. В предшествующей версии для этой цели использовалась шина LPC. Новые модули обязаны поддерживать шину SPI, но вместе с тем могут внешним образом осуществлять запись микропрограммного обеспечения во флэш-память по шине LPC (особенно если микропроцессорный набор позволяет это делать). Причина изменений в данной процедуре кроется в том, что новые процессоры малых типоразмеров поддерживают загрузочные устройства только с интерфейсом SPI.

Заключение

Новая версия единственного не зависящего от производителя стандарта компьютеров на модуле — COM Express COM.0 — это большой шаг вперёд для всей экосистемы COM Express. Её главное достоинство заключается в том, что она включает новые технологии без ухудшения совместимости со всеми существующими устройствами COM Express. Это гарантирует успешное существование экосистемы в течение многих следующих лет.

 

Рис. 3. Модуль Kontron microETXexpress-XL — компьютер на модуле по спецификации COM Express со схемой распределения выводов типа 2 в компактном формате. Это устройство специально спроектировано для эксплуатации в Е2 диапазоне производственных температур (−40…85°С)

Вторая редакция спецификации COM Express характеризуется расширением функциональных возможностей и повышением степени масштабируемости экосистемы COM Express благодаря введению новых схем распределения выводов, обеспечивающих более высокую пропускную способность последовательных линий связи и улучшенные возможности обработки графической информации при создании новых приложений, а также поддерживающих реализацию новых технологий связи (типа USB 3.0). Модификация всех схем распределения выводов типов 1—5 сохраняет полную совместимость всех существующих систем COM Express, создаваемых на основе новейших процессорных технологий. Новый компактный типоразмер — это лишь первый шаг на пути к модулям COM Express ещё меньших размеров (типа nanoETXexpress). Обновлённая спецификация COM Express открывает разработчикам невиданные ранее возможности создания разнообразных специализированных систем (см. рис. 3).

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *