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3U-CompactPCI-Boards

Mehr Cores für mehr Leistung

| Autor/ Redakteur: Die Intel-Core-Duo-Prozessoren waren die ersten Mitglieder der wachsenden Multi-Core-Produktlinie vo / Holger Heller

Mit dem Intel-Core-Duo-Prozessor sind die Prozessoren mit multiplen Rechenkernen auch in das Embedded-Computing eingezogen. Bereits rund ein Jahr nach der Einführung des Core Duo wurde mit dem Intel Core 2 Duo eine noch leistungsfähigere Prozessorfamilie auf dem Markt gebracht. Welche CPU-Boards werden damit realisierbar?

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Inova Computers‘ angepasste µLinux-Varainte für CPU-Karten
Inova Computers‘ angepasste µLinux-Varainte für CPU-Karten
( Archiv: Vogel Business Media )

Mit den Core Duos lassen sich zahlreiche Embedded-Herausforderungen besonders gut bewältigen, wie z.B. der Aufbau interaktiver Clients oder industrieller Steuerungen. Interessant dabei: die 64-Bit-Prozessortechnologie ist softwarekompatibel zu den 32-Bit-Prozessoren, was bereits getätigte Investitionen in bestehende Software nicht hinfällig macht.

Die beiden integrierten Rechenkerne basieren auf dem Pentium M, dessen ausgewogene Leistungsbilanz durch Hardwareverbesserungen im Stack-Management, der Befehlsausführung und der Branch-Prediction erzielt wurde. Zusammen mit dem Chipsatz bietet dieser Prozessor eine größere Flexibilität, da er im Vergleich zu seinem Vorgänger Verbesserungen hinsichtlich Grafik, I/O-Bandbreite, Remote-Asset-Management, Speichergeschwindigkeit und –zuverlässigkeit aufweist.

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Die Vorzüge des neuen Prozessors und seine schnelle Aufnahme in die Embedded-Roadmap führten dazu, dass nahezu alle Hersteller von Embedded-Systemen und IPCs bereits kurz nach seiner Markteinführung Produkte auf dieser Basis vorstellten. Allerdings erschien den Intel-Strategen wohl bereits damals die Leistungsfähigkeit des Core Duo noch nicht ganz optimal, so dass die weitere Entwicklung dieses Prozessors unklar und verschwommen blieb.

Auf Grund der unklaren Marktsituation für den Core Duo hielt sich Inova Computers mit der Entwicklung einer Core-Duo-CPU-Baugruppe für seine 3U-CompactPCI-Produktlinie zurück und wartete auf eine klare Entscheidung seitens Intel.

Core 2 Duo: verbesserter Speicherzugriff

Diese kam mit der Markteinführung des Core-2-Duo-Prozessors (Bild 1), der mit wesentlichen Verbesserungen gegenüber seinem Vorgänger aufwartet. Die augenscheinlichste Verbesserung ist der schnellere Front Side Bus (FSB) von 800 MHz, der durch den neuen Chipsatz GM965 realisiert wird. Derzeit marktübliche Embedded-Systeme basieren auf dem 945GM-Chipsatz, der die Taktgeschwindigkeit des FSB auf 667 MHz begrenzt. Die Intel-64-Technologie unterstützt 64-Bit Befehle und eignet sich sowohl für 64- als auch 32-Bit-Anwendungen und -Betriebssysteme. Der Zugang zu größerem physikalischen Speicher reduziert die Systemlast und erlaubt schnelleren Zugriff auf die Daten aus dem RAM anstelle des Festplattenspeichers.

Das Execute Disable Bit erlaubt es den Speicher als ausführbar oder nicht ausführbar zu markieren, wenn das Betriebssystem diese Möglichkeit bietet. Wenn Code versucht, in einem nicht ausführbaren Speicher abzulaufen, meldet der Prozessor einen Fehler an das Betriebsystem. Dies blockiert einige Viren und Würmer, die die Schwachstelle „Bufferüberläufe“ ausnutzen und resultiert in einer verbesserten Systemsicherheit. Mit dem Digital-Thermal-Sensor wird die Temperatur auf dem Chip zu jeder Zeit überwacht, wodurch eine Überhitzung und damit Schäden oder gar Zerstörung wirksam verhindert werden.

Das 3U-CompactPCI-Board ICP-C2De (Bild 2) basiert auf dem Core 2 Duo. Von diesem Prozessor werden zwei Versionen unterstützt. Der Core 2 Duo T7500 arbeitet mit 64 Bit Datenbreite und 2,2 GHz Taktfrequenz, einem schnellen FSB mit 800 MHz und mit 4 MByte L2-Cache. Die Version L7500 (Low Voltage) unterscheidet sich nur durch die geringere Taktfrequenz von 1,6 GHz.

Trotz der hohen Leistungsfähigkeit benötigen beide Prozessoren geringe Verlustleistungen von etwa 25 bis max. 50 W für das komplette Board. Temperatursensoren überwachen die CPU, den Speicher, die Prozessorversorgung & den Chipsatz und weitere ausgewählte Punkte auf der Platine, damit bei Übertemperatur Schutzmaßnahmen eingeleitet werden können.

3U-CPCI-CPU mit Santa-Rosa-Ausführung

Ausgestattet ist das Board weiterhin mit dem Intel-Chipsatz GM965 (Northbridge) und ICH8M-E (Southbridge) der maximal 4 GByte DDR2-RAM adressieren kann, das bis zu 667 MHz Zugriffsrate aufweist. Die RAM-Bausteine sind gelötet, was zu einer verbesserten mechanischen Stabilität der Baugruppe führt sowie eventuelle Kontaktprobleme von SODIMM-Sockel ausschließt. Die Kombination aus Core 2 Duo und Chipsätzen ist auf dem Markt unter dem Namen „Santa Rosa“ bekannt (Bild 3). Die im Chipsatz GM965 integrierte Grafikschnittstelle weist im Vergleich zum Vorgänger eine höhere Leistung auf. Des Weiteren kann die integrierte Grafik für „Headless“- Anwendungen komplett per BIOS- Einstellung deaktiviert werden.

Dies führt gleichzeitig zu einer Reduzierung der Verlustleistung. Ein anderer Vorzug des neuen Chipsatzes ist die weiter optimierte Unterstützung von „Speed Stepping“. Diese Funktion ist in den Desktop-Varianten des Chipsatzes nicht implementiert und kann auch nachträglich nicht implementiert werden. Die Desktop-Derivate der Chipsätze benötigen eine wesentlich höhere Verlustleistung – ein äußerst unerwünschter Effekt bei Embedded-Systemen.

Geliefert wird das Board in zwei Versionen, entweder als 4TE oder 8TE. Die 4TE-Variante fungiert als Basisplatine mit der Möglichkeit, einen kleinen, speziellen Träger für einen Massenspeicher (z.B. Compact-Flash/Microdrive oder 1,8"-Festpattenlaufwerk) hinzu zu fügen. Bei der Integration des Massenspeichers besteht die Möglichkeit, diesen als Bestückungsvariante auf der Rückseite der Platine zu platzieren. Die 8TE-Version verfügt hingegen bereits über den Laufwerksträger HDE-4 und zusätzliche Schnittstellen wie 10/100/1000 T/TX/T Ethernet, PS2-Maus, Tastatur, COM, DVI-D, SATA, EIDE usw.

Basis- und Vollversion

Als Massenspeicher können sämtliche SATA- oder PATA-Speichermedien eingesetzt werden, angefangen bei Flash-Disks über konventionelle, für Automobilanwendungen freigegebene und 24×7-Hard-Disks bis hin zum Einsatz anderer Speicher wie µDOC und CompactFlash-Karten.

Der Austausch der Platine im laufenden Betrieb ist möglich, derzeit werden aber nur die grundlegenden Hot-Swap-Funktionen unterstützt. Der Zugriff auf den CompactPCI-Bus wird von der Platine nur im Master-Modus unterstützt. In diesem System-Modus agiert die Platine als System-Master und unterstützt sämtliche Bussignale.

Sie kann in Peripherie-Steckplätzen aber auch ohne jeden Zugriff auf den CompactPCI-Bus betrieben werden. Dazu wird sie in den Passive-Bus-Modus versetzt, in dem keinerlei Zugriff auf den CompactPCI-Bus möglich ist. Für die Kommunikation zwischen den CPU-Boards muss dann ein Ethernet-Kanal von der Frontplatte eingesetzt werden.

Standardmäßig wird das ICP-C2De im Temperaturbereich von 0 bis 55 °C geliefert, spezielle Versionen können im erweiterten Temperaturbereich von –20 bis 65 °C arbeiten. Die MTBF beträgt über 250.000 Stunden und der Hersteller gewährt eine dreijährige Garantie.

Das Board enthält bereits einen 10/100/1000 MBit/s Ethernetkanal mit der Active Management Technology (AMT) von Intel. Ein zweiter 10/100/1000 MBit/s Ethernetkanal befindet sich auf der CompactPCI-Erweiterungsplatine HDE-4.

Der Ethernet-Controller auf der CPU-Platine lässt sich über das BIOS auf den Front- oder Rear-I/O-Ausgang schalten, während der zusätzliche Ethernet-Controller auf der HDE-4 nur über einen Ausgang an der Frontplatte verfügt. Sämtliche RIO-Signale können über das BIOS ausgeschaltet oder werksseitig gesperrt werden (Factory Hardware Trap).

In sämtlichen RJ45-Steckverbindern ist eine Magnetspule integriert, um die Isolationsspannung von nominal 1500 V zwischen dem Ethernetkabel und dem CPU-Board weiter zu verbessern. Von der CPU-Platine werden zwei RIO-Versionen standardmäßig angeboten – Full Rear I/O oder ganz ohne. Über Rear-I/O kann auch ein zusätzlicher RAID-Speicher, z.B. das multifunktionale SATA-RAID-System IPM-RAID von Inova Computers angeschlossen werden.

Dieses System ist als 19"-Einschub aufgebaut und beherbergt bis zu fünf identische und im laufenden Betrieb austauschbare Hard-Disk-Blades.

Ausgefeiltes Power-Management

Die CPU-Platine ist kompatibel zur ACPI-Spezifikation (Advanced Configuration and Power Interface) und ist damit auch bezüglich des Power-Managements auf dem neuesten Stand der Technik. Darüber hinaus lässt sich das Powermanagement der Platine auch noch über Netzwerk und die Intel Active Management Technology (AMT) steuern. Eingebettet ist AMT in die IPMI-Technik (Intelligent Platform Management Interface), ein standardisiertes Verfahren für die externe Konfiguration, ferngesteuerte Systemdiagnose und Wartungsarbeiten über das Netzwerk (Bild 4). Zusätzlich zu IPMI kann die Systemdiagnose und Fernwartung durch den integrierten µLinux-Kernel erhöht werden.

Dieser Kernel ist im 16 MByte großen Flash-Speicher der CPU-Karte untergebracht. Die von Inova Computers angepasste µLinux-Variante (Aufmacherfoto) basiert auf der aktuellen Linux-Kernel-Version 2.6 und besteht aus den drei Teilen: Kernel, der rund 1 MByte des Flash-Speichers belegt, und 13 MByte µLinux-Image. Da jetzt 13 MByte für µLinux zur Verfügung stehen, ist es möglich, das Image mit einer grafischen Bedienoberfläche zu erweitern. Zudem ist vorgesehen, das Betriebssystem-Image mit weiteren grafischen Werkzeugen, wie z.B. Internet-Browser auszustatten.

Ein nicht zu vernachlässigender Vorzug dieses Flash-basierten Betriebssystemkerns ist seine garantierte Virenfreiheit, womit die damit ausgerüsteten Rechnersysteme vor Angriffen aus dem Netz gefeit sind und eine hohe Sicherheit bei der Aktualisierung der Software gewährleistet ist.

Mit der Entscheidung für den Intel Core 2 Duo als CPU für ihre 3U-CompactPCI-Boards ist Inova Computers an vorderster Front was die Rechenleistung bei Anwendungen im Embeded-Computing anbelangt. Dies wird auch künftig der Fall sein, da Intel bereits erste Versionen eines Prozessors mit vier Rechenkernen vorgestellt hat, mit denen die Hersteller von Embedded-Computern auch künftig stets auf die aktuell höchste Prozessorleistung zurückgreifen können. Außerdem kündigen jetzt auch andere Hersteller von Embedded-Computersystemen an, Produkte auf Basis des Core 2 Duo und des Chipsatzes GM965 inklusive vorinstalliertem µLinux und IPMI-Funktionalität auf den Markt zu bringen – und zwar nicht nur für CompactPCI-Systeme.

*Andrew Brown ist Marketingleiter für den Embedded-Bereich bei Inova Computers in Kaufbeuren.

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