t-mezon — фирменная процессорная платформа «ТЕКОН»для встраиваемых систем

«ТЕКОН» была первой среди российских компаний, выпустившей в середине 90-х гг. одноплатный компьютер ТКМ32 с поддержкой промышленной сети BITBUS, который до сих пор успешно применяется рядом фирм для своей аппаратуры. Разработке предшествовали переговоры с потенциальными заказчиками, которые, несмотря на наличие на рынке различных платформ, не смогли  подобрать требуемого решения. Важным фактором, предопределившим успех ТКМ32, было наличие привычных для тех лет средств программирования на языке С, а также удобных средств работы с сетью BITBUS (монитор сети, пакет прикладного уровня). Немаловажным было и то, что продукт разрабатывался на процессоре фирмы Intel и был обеспечен качественной и оперативной технической поддержкой российской компании. Предметом особой гордости является участие «ТЕКОН» в успешной реализации международного проекта Sea Launch («Морской старт»), в рамках которого были поставлены свыше тысячи ТКМ32.

Не секрет, что сегодня выбор одноплатных компьютеров (процессорных плат) различной производительности действительно огромен. Причем выпускаются они в нескольких форм-факторах, для различных вариантов применения и условий эксплуатации. Листая каталоги фирм-производителей, разработчик, казалось бы, без труда должен найти подходящее решение. Однако на практике это далеко так. Опросите несколько команд российских разработчиков. Спросите, нашли ли они решение, адекватно отвечающее их запросам? Полностью ли их устраивает функционал, стоимость, условия технической поддержки и гарантийного обслуживания? Готовы ли они согласиться с ограничениями на минимальный размер, с большими сроками поставки закупаемой партии и с высокой стоимостью стартовых комплектов? Ответ, как правило, будет отрицательным.
Другими словами, хотя по внешним признакам дефицита одноплатных компьютеров на рынке не наблюдается, разработчики готовых решений, будь то производители промышленных контроллеров или, например, аппаратуры связи, постоянно сталкиваются с проблемой выбора оптимальной процессорной начинки для своих изделий.

На наш взгляд, рынок одноплатных компьютеров прошел «пик стандартизации» и будет развиваться по пути специализации. Новые конструктивные форм-факторы и линейки микропроцессоров, в том числе многоядерных, создадут сильную конкуренцию «стандартным» решениям, которые есть сейчас. Другая развилка — оснащение одноплатных компьютеров коммуникационными интерфейсами, в т.ч. беспроводными. Если успешное будущее Fast и Gigabit Ethernet на борту даже самых миниатюрных процессорных модулей не вызывает сомнения, то формирование остального «комплекта интерфейсов» — это поле для творчества, поиска и создания новых линеек устройств. Например, совершенно логичный набор интерфейсов для универсального PC-совместимого одноплатного компьютера — Ethernet, 2xRS-232, 4хUSB, VGA — абсолютно непривлекателен для вычислительного ядра промышленных управляющих устройств, где вместо «непромышленных» USB и необязательного VGA крайне необходимо иметь гальванически изолированные интерфейсы RS-485 и второй Ethernet. Аналогичная ситуация и с беспроводными интерфейсами, бурное развитие которых окажет значительное влияние на выпуск новых моделей одноплатных компьютеров.

«ТЕКОН» не раз оказывалась перед выбором разработки собственной процессорной платы. И до недавнего времени этот выбор был в пользу покупных одноплатных компьютеров зарубежного производства на базе PC-архитектуры. В период с 1995 по 2008 г. «ТЕКОН» выпустила целую линейку промышленных контроллеров с PC-совместимыми процессорными модулями: МФК, ТКМ52, ТЕКОНИК (с процессорным модулем P04, показанным на рис. 1), МФК3000.

Все контроллеры стандартно оснащаются одним или двумя интерфейсами Ethernet 10 Мбит/c или 10/100 Мбит/c. В этих изделиях в полной мере были реализованы такие преимущества PC-архитектуры как высокая производительность и большие ресурсы по использованию оперативной и флэш-памяти, которые фактически сняли ограничения на масштаб, сложность и количество алгоритмов, применяемых в прикладном проекте промышленного контроллера. А технологический программист, сохранив возможность программирования на популярном в нашей стране языке С, получил в свое распоряжение все пять технологических языков стандарта МЭК 61131-3. Наличие PC-совместимого процессорного модуля обеспечивало также удобную установку оригинальных исполнительных систем сторонних фирм и технологическое программирование на популярных отечественных SCADA/Softlogic-пакетах.

Тем не менее для многих устройств применение PC-совместимых одноплатных компьютеров в качестве процессорной платформы имеет свои ограничения или вообще невозможно по техническим причинам, из-за эксплуатационных характеристик или из-за цены. С одной стороны, развитие технологий электронной техники, наличие информации, широкий выбор инструментальных и отладочных средств, стандартизация интерфейсов нивелируют различия с точки зрения доступности для освоения той или иной современной процессорной архитектуры. А с другой стороны, для современного заказчика одноплатного компьютера все более важным становится не преодоление возможных трудностей при работе с новой платформой, а тот выигрыш, который будет получен в случае, если выбор окажется оптимальным и конечный продукт окажется лучше по функционалу и привлекательнее по цене, чем у конкурентов. С дальнейшим бурным развитием и проникновением электронных технологий во все сферы человеческой деятельности этот фактор будет приобретать решающее значение.

Учитывая все вышесказанное, «ТЕКОН» предложила рынку фирменную процессорную платформу t-mezon для встраиваемых систем (см. рис. 2.).

При создании t-mezon, с одной стороны, использовались самые современные программно-аппаратные решения и технологии, а с другой, учитывался собственный опыт разработки и производства промышленных контроллеров, в т.ч. на базе процессорных платформ различных зарубежных поставщиков. По сути, t-mezon — это надежный одноплатный компьютер, ориентированный на ответственные применения и оптимизированный по цене. От своих собратьев по классу его отличает высокая производительность, низкое энергопотребление и большое количество коммуникационных интерфейсов, необходимых для промышленных применений. Для эксплуатации в жестких условиях процессорный модуль t-mezon выпускается в исполнениях на температурный диапазон –40…70°C с обязательным покрытием влагозащитным лаком.

Платформа t-mezon предназначена для применения в качестве встраиваемой процессорной платы (процессорного ядра) в различных приборах, программируемых контроллерах, коммуникационных и других устройствах. Новинка базируется на процессоре Intel XScale IPX420 с низким энергопотреблением и содержит флэш-память 16/32 Mбайт, динамическое ОЗУ 32/64 Мбайт, энергонезависимое ОЗУ 1 Мбайт, энергонезависимые часы реального времени, сторожевой таймер. Плата имеет 2 адаптера Ethernet 10/100 Мбит/c и 6 COM-портов. Модуль поставляется в различных исполнениях (всего 10 вариантов), отличающихся друг от друга производительностью процессора (266/533  МГц), объемом памяти (16/32/64 Mбайт), рабочим диапазоном температур (5…55°C/–40…70°C) и наличием дополнительных коммуникационных интерфейсов. Существуют исполнения с разъемом внутренней шины для подключения устройств, самостоятельно разработанных пользователем. Напряжение питания — 3,3 В. Потребляемый ток — не более 1,1 А. Габаритные размеры — 104×64×22 мм.

Встроенное программное обеспечение на базе открытой ОС Linux и широкий выбор инструментальных средств программирования позволяют существенно сэкономить время на разработку и отладку пользовательских приложений. Для удобства работы предлагается отладочный комплект Starter Kit t-mezon (рис. 3.), который представляет собой инструмент разработчика для освоения платформы t-mezon и быстрого создания решений для встраиваемых систем. Комплект Starter Kit включает все необходимое для работы инженера-разработчика: модуль t-mezon, отладочную плату, JTAG-адаптер для программирования, кабели для подключения, блок питания, CD с программным обеспечением и комплект документации. Совместно с компанией SWD Software выпущено решение для использования платформы t-mezon с операционной системой QNX — TimeMaster для Starter Kit t-mezon.

Отладочная плата имеет разъемы для всех коммуникационных интерфейсов t-mezon, а также переключатели и элементы индикации, которые могут применяться для организации различных режимов работы и в процессе отладки.  Поставочный CD t-mezon Starter Kit содержит руководства по эксплуатации на сам модуль t-mezon и комплект Starter Kit, руководство программиста, РСВ-файл с габаритными размерами печатной платы и присоединительными разъемами модуля t-mezon, описания применяемых на модуле t-mezon микросхем, электрическую схему и перечень элементов на отладочную плату, программное обеспечение и примеры работы с периферией.

Модуль t-mezon применен в новой серии процессорных модулей P06 и P06 DIO популярного контроллера ТЕКОНИК (см. рис. 4.).

В 2008 г. появились модификации P06R и P06R DIO с программно-аппаратным резервированием, которые перевернули представление о функциональности контроллеров данного класса. Во многом это стало возможным благодаря удачным техническим решениям, которые заложены в платформу t-mezon.