Ринок вбудованих систем перебуває у стані постійного руху, оскільки замовники вимагають все більш високої продуктивності систем та наявності в них всіх сучасних функцій і можливостей. Для типового вбудовуваного продукту може знадобитися декілька етапів апаратної та програмної модернізації в перебігу життєвого циклу виробу для того, щоб йти в ногу з усіма останніми вимогами.

Розробники вбудованих систем стурбовані тим, що раптові нові вимоги щодо підвищення продуктивності можуть зажадати перегляду схемних рішень, аж до повної переробки проекту. Для вирішення цієї проблеми Intel пропонує співтовариству розробників вбудованих систем модульну платформу Sandy Bridge, яка дозволяє скоротити кількість компонентів системи та споживаної потужності при одночасному спрощенні майбутніх оновлень.

"Sandy Bridge" - це кодова назва другого покоління сімейства процесорів Intel ® Core™. Ця нова архітектура поєднує в собі різну кількість ядер процесора, інтегрований графічний процесор, кеш останнього рівня (LLC) і системний контролер/контролер пам'яті, які спілкуються між собою за допомогою масштабованого на кристалі кільцевого з'єднання (Ring - Bus). Така висока швидкість кільцевого з'єднання дозволяє з легкістю використовувати загальний кеш і контролер пам'яті. Ця концепція кільця є ключовою технологією, що лежить в масштабованості платформи Sandy Bridge, що дозволяє Intel змінювати кількість ядер і пропонувати варіанти, які дозволяють оптимізувати вартість, продуктивність і споживану потужність в залежності від програми.

Розробники вбудованих систем тепер можуть вибрати версію, яка не тільки покриває поточні потреби, але залишає місце для майбутнього підвищення продуктивності.

Найпершою платою форм-фактора PC/104 на платформі Intel ® Sandy Bridge стала недавно представлена компанією ADL Embedded Solutions (США) процесорна плата стандарту PCI/104-Express ADLQM67PC, яка зробила доступною друге покоління Intel®Core i5/i7і продуктивність Celeron співтовариству розробників вбудованих систем. Процесори другого покоління Core i5/ i7/ Celeron добре зарекомендували себе на споживчому ринку - від високопродуктивних відеоігрових систем до мобільних додатків, таких як планшети і нетбуки. Тепер з появою ADLQM67PC безліч переваг, які зробили платформу Sandy Bridge настільки популярною, стають доступними й для вбудованих систем. Intel зробив доступним ряд вбудованих процесорів Sandy Bridge, які потрапляють в програму Intel для тривалого життєвого циклу вбудованих процесорів.

Архітектурні покращення

Основні архітектурні покращення, що увійшли у друге покоління Intel Core i5 і i7 процесорів (Sandy Bridge):

- 256-ти бітна внутрішня високошвидкісна кільцева шина (Ring-Bus);

- вдосконалені векторні розширення ( Advanced Vector Extensions, AVX);

- вбудований графічний контролер високої роздільної здатності 3000 серії;

- 16 PCI -Express ліній з пропускною здатністю 5GT/s;

Нова кільцева архітектура шини (Ring-Bus) має розрядність 256 біт та працює на частоті 2.2ГГц і 2.5ГГц для процесорів Core i5 і Core i7 відповідно. Нова шина має вдвічі більшу розрядність (256 біт) проти 128 біт для першого покоління Core i5/i7.

Крім того, Intel створив новий набір одиночниx потоків команд зі множинним потоком даних (single instruction multiple data, SIMD). Вдосконалені Векторні Розширення (AVX), які значно покращують виконання математичних операцій з плаваючою точкою для обробки таких складних даних, як дані цифрового сигнального процесора (DSP) або обробку зображень. Такі типи завдань раніше традиційно вимагали для реалізації якого зовнішнього DSP/FPGA, або зовнішньої відеокарти. Шина даних 256 біт може тепер обробити до 8x32 біт операцій з плаваючою точкою або 4x64 біт операцій з плаваючою точкою подвійної точності. Це поліпшення, разом з обчислювальною потужністю операцій з плаваючою точкою набору AVX, робить обчислювальну платформу вельми продуктивною. Зокрема, для такої високошвидкісної обробки даних, як в DSP або в обробці зображень, набір SIMD AVX може принести величезну користь.

Intel також інтегрувала нову Графіку HD Intel®3000 в ядро Core i5/i7 процесорів другого покоління. Графіка HD 3000 включає 12 модулів виконання (EU) і підтримує кодування і декодування відео високої роздільної здатності (HD), відеопришвидшення DirectX ( DXVA ) і підтримку DirectX 10.1 і OpenGL 3.0 в додаток до Динамічної Технології виділення Відеопам'яті (DVMT) 5.0, яка надає до 1720 МБ динамічної відеопам'яті. Для більшості додатків Графіка HD INTEL® 3000 більш ніж достатня, щоб задовольнити універсальні потреби в обробці графіки без необхідності в зовнішніх апаратних засобах.

Для ситуацій, що вимагають зовнішньої підтримки обробки графіки, виділеного DSP або периферійних пристроїв FPGA, інше покоління Core i5 і i7 також підтримує x16 шину PEG, яка тепер конфігурується як x16, 2x8 або 1x8 з 2x4 лініями. Пропускна здатність шини PCIe була збільшена від 2.5GT/s до 5GT/s, таким чином подвоюючи доступну пропускну здатність. Шина PCI -Express надає інтерфейс до виділеного DSP або FPGA, у разі, якщо вони є необхідними.

У недавньому минулому «робочою конячкою» для додатків PCI/104-Express була платформа Intel ® Cantiga з чіпсетом GS45 і ЦП Penryn від ADL Embedded Solutions Inc. та інших виробників. Використовуючи утиліту оцінки продуктивності SiSoftware Sandra, платформа GS45 Core2 Duo з процесором SP9300 була протестована з результатом Dhrystones = 18.5 GIPS (мільярдів команд в секунду) і Whetstones = 15.4 GFLOPS (мільярдів операцій з плаваючою крапкою в секунду). У порівнянні, друге покоління Core i7 з процесором 2655LE, що використовується на ADLQM67PC, показує Dhrystones = 32.8 GIPS і Whetstones = 27.8 GFLOPS. Це - чудове збільшення продуктивності на 80 % від застосування платформи Intel ® Sandy Bridge.

Приклади застосування

Обробка зображень і цифрова обробка сигналів

Як було зазначено раніше, циклічні векторні і скалярні розрахунки даних, які зазвичай виконуються на вбудованому DSP і пристроях обробки відеоінформації, можуть бути ефективно реалізовані завдяки обчислювальній потужності і новій архітектурі Core i5/i7 другого покоління. Використовуючи новий набір AVX, розробники вбудованих систем можуть значно підвищити обчислювальну продуктивність і в деяких випадках замінити зовнішні виділені DSP або FPGA та/або скоротити кількість периферійних пристроїв. Скорочення кількості периферійних пристроїв і компонентів призводить до зменшення розміру і ваги апаратної частини і необхідної споживаної потужності закінченої системи, що може безпосередньо дозволити збільшити час автономної роботи або поліпшити інші характеристики системи.

Промислові Мережі та Управління

Для застосування в промисловості великою перевагою платформи Sandy Bridge є різноманітність інтерфейсів вводу/виводу і навіть дещо надлишкова обчислювальна потужність другого покоління Core i5/i7 процесорів. Управління виробничим процесом покладається на передачу даних через безліч протоколів зв'язку для передачі даних і управління існуючими та майбутніми системами. Дані різних типів з різних місць можуть бути доставлені в ADLQM67PC, оброблені і ефективно виведені до об'єкта управління. Можливості введення-виведення ADLQM67PC включають два порти гігабітного Ethernet, які підтримують початкове завантаження по мережі і широкі можливості структурування, два SATA 3.0 порти, що працюють з пропускною здатністю до 6GB/s, вісім USB 2.0 портів і шину PCIe, яка забезпечує підключення будь-якої кількості периферійних пристроїв введення даних і управління, таких як 4 -х портовий Гигабітний Ethernet контролер для додаткових портів Ethernet, контролер шини CAN, Mil - Std 1553, ARINC, RS- 485 та інших. Мережеві програми зазвичай потребують двох або більше інтерфейсів гігабітного Ethernet і достатньої обчислювальної потужності, щоб належним чином управляти мережевим трафіком.

Системи реального часу (RTOS) з Celeron Sandy Bridge

Sandy Bridge Celeron 827E є одноядерним, однопотоковим процесором з більшістю функцій, характерних і для Core i5 і i7. Цей процесор не підтримує AES, AVX або технологію віртуалізації Intel і графічне ядро HD Intel® має тактову частоту 350 МГц в порівнянні з тактовою частотою 650 МГц графічного ядра HD INTEL®3000. Однак чіпсет Intel ® серії 6 (QM67 PCH), пропонований на ADLQM67PC, разом з одноядерною однопотоковою архітектурою Celeron 827E робить його ідеальним вибором для багатьох промислових додатків систем реального часу, які не потребують у всій обчислювальної потужності багатоядерних Сore i5 і i7. Відносно низька ціна в порівнянні з Core i5/i7 робить рішення на Celeron 827E відмінним вибором для реалізації систем реального часу, коли вартість є важливим критерієм.

Пристрої виведення відеоінформації та ігрові рішення з Sandy Bridge

Графічне ядро HD INTEL®3000 з двома незалежними каналами обробки відеоданих і безліччю інтерфейсів виведення графічної інформації, включаючи LVDS, VGA, HDMI і DisplayPort робить це рішення досконалим механізмом для багатьох систем відображення та ігрових платформ, без потреби у зовнішніх відкритих. Для спеціалізованих додатків і для додатків, де немає дуже високих вимог до продуктивності та пропускної здатності графіки, можливостей процесора Celeron 827E може бути більш ніж достатньо для задоволення потреб замовників.

Захищеність та інтеграція

Для промислових і оборонних застосувань, де вимоги до стійкості системи при несприятливих умовах експлуатації дуже високі, цінність другого покоління Core i5/i7 значно збільшується за рахунок доступності розширеної температури експлуатації і додаткового захисту, пропонованої ADL. Опція на розширений температурний діапазон доступна для робочої температури експлуатації від -40°C до +85°C. Крім того, опції вологозахисного покриття Under - Fill/Bonding також доступні для будь-якого виробу ADLQM67PC з процесорами Core i5/i7 і Celeron.

Нарешті, плата PCI/104-Express ADLQM67PC також супроводжується рядом готових рішень охолодження і системних корпусів, щоб задовольнити будь-які вимоги замовників для роботи виробу в жорстких умовах експлуатації як з механіки, так і по робочому температурному діапазону.

JCRamirez, менеджер по продукції, компанія ADL Embedded Solutions Inc.