L'architettura nelle applicazioni embedded Scelte e opportunità. Relatore: Gianni Damian, C.E.O. Contradata

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1 L'architettura nelle applicazioni embedded Scelte e opportunità Dal Computer On Module (COM) alle schede full function di vario formato. Sistemi operativi Embedded Architetture a stato solido. Relatore: Gianni Damian, C.E.O. Contradata

2 Applicazione EMBEDDED

3 Necessità delle applicazioni EMBEDDED Design razionale e possibilmente personalizzato Bassa temperature (ogni 5 C di diminuzione l MTBF raddoppia) Basso consumo Fanless Sistemi operativi Embedded Architettura a stato solido memorie di massa in tecnologia Flash Stabilità di prodotto (HW e SW) Costi contenuti MTBF elevati MTBE altissimo

4 Necessità delle applicazioni EMBEDDED Costi contenuti: Processore adeguato all applicazione e non eccessivo Periferiche adeguate all applicazione Sistemi operativi adatti alle applicazioni embedded Formati adatti Supporto BIOS Elevato supporto tecnico da parte del venditore

5 Le necessità delle applicazioni embedded Il supporto tecnico BIOS: failsafe setup - copia setup CMOS in Flash (opera senza batteria con ripristino automatico del setup in caso di perdita o corruzione della memoria CMOS) Default setup impostazione del setup cliente in Flash BIOS: personalizzazione, fast boot, OEM logo Software: fornitura di BSP per Win XPE, WINCE e Linux Utility: Software di monitoraggio dei parametri di sistema: (temperature, ventole, alimentazioni) con invio allarmi su video, LAN, Seriale, ecc.

6 I processori per applicazioni embedded Requisiti: embedded option available = Long term availability Classe Atom Classe Ivy Bridge Low / Medium Power

7 La scelta del Processore Intel Atom Mobile Embedded Option = long term availability

8 Processori IVY Bridge Embedded option

9 Funzioni Ivy Bridge

10 Funzioni Ivy Bridge Intel Turbo Boost Technology Aumento temporaneo del clock in funzione di carico e margine di temperatura del processore Intel Hyper-Threading Technology Due o più processi paralleli per core - aumenta le prestazioni Intel Virtualization Technology (VT-x) Partizionamneto dei processi. Consente di far girare applicazioni separate per ogni Core Intel Virtualization Technology for Directed I/O (VT-d) Collegato a VT-x aumenta la separazione, la sicurezza dei processi e le prestazioni di I/O Intel Trusted Execution Technology Estensione hardware per la sicurezza; esecuzione protetta e measured launch AES New Instructions Set di istruzioni per la crittografia dei dati e generazione di codici random

11 Funzioni Ivy Bridge Intel 64 Operazione a 64 Bit Intel Anti-Theft Technology Protezione antifurto dei dati Intel My WiFi Technology Connessione Wireless a dispositi WiFi quali stampanti, stereo ecc.. 4G WiMAX Wireless Technology Tecnologia wireless 4 volte più veloce di 3G Idle States Meccanismo di risparmio energia in modalità Idle Enhanced Intel SpeedStep Technology Regolazione della frequenza di clock in funzione del carico e della temperatura della CPU

12 Funzioni Ivy Bridge Intel Demand Based Switching Come Enhanced Intel SpeedStep Technology Thermal Monitoring Technologies Monitoraggio della temperatura con riduzione del clock ove necessario Intel Fast Memory Access Controller grafico di memoria per il massimo sfruttamento possibile della banda disponibile Intel Flex Memory Access Consente l upgrade della capacità di memoria conservando la modalità Dual Channel Execute Disable Bit HARDWARE di sicurezza contro virus e attacchi informatici. Impedisce la propagazione in rete Intel Virtualization Technology for Itanium (VT-i) Funzioni di virtualizzazione per processori della serie Itanium Intel VT-x with Extended Page Tables (EPT) Dispositivo di accelerazione per applicazioni virtualizzate ad elevato utilizzo della memoria

13 Benchmark DMArk Entry Graphics CPU i7 3612QE i7 3555LE i7 3517UE i5 3610ME i3 3217UE i7 3615QE i3 3120ME

14 i E i UE i QE i QE E V 2 i E V 2 i QE i QE i LE E i i S i E i E i i E i Passmark Serie1 Serie

15 Applicazioni embedded - Formati Formati standard Credit card 2.5 PC/104 3,5 EPIC EBX Mini ITX COM Computer On Module ETX XTX Com Express - Qseven SoM System On Module X86 SX e DX

16 COM Computer On Module Modulo con tutte le funzioni PC standard Baseboard del cliente con il suo Know How e le sue funzioni Risultato: Razionalizzazione del design Flessibilità e scalabilità del design: baseboard con differenti Moduli COM con baseboard differenti Massima personalizzazione dell apparato Riduzione dei costi di produzione e di stock Time to Market DURATA NEL TEMPO DEL DESIGN

17 COM Computer On Module Ampia scelta di processori: da AMD LX800 AMD G series Da Intel Atom a Core i7 quad Ampia scelta di formati: ETX XTX QSeven Com Express Scalabilità piena grazie alle funzioni BIOS avanzate Congatec Convenienza economica da 500 pz rispetto alle schede standard Forte spinta all utilizzo dalla elevata personalizzazione

18 COM ETX Computer On Module - Gli standard ETX - XTX

19 COM Computer On Module - Lo standard COM Express Type 2 e Type 6 Compact 95 x 95 mm Processori serie ATOM Core 2 Duo Basic 95 x 125 mm Processori AMD R series Intel Core i3 i5 i7 Quad Extended 110 x 155 mm Non diffuso Versioni a temperatura estesa

20 COM Computer On Module - Lo standard COM Express extended Basic/ Standard compact Type II o Type 6 pinout

21 COM Formato 70 70mm Processori AMD G series Intel Atom E6xx X5xx Freescale i.mx6 Cortex A9 Computer On Module - QSEVEN

22 COM Computer On Module Baseboard di sviluppo

23 Formati standard Credit card 2.5 PC/104 3,5 EPIC EBX Mini ITX

24 Formati miniatura 2,5 Una valida alternativa alle schede ARM per costo, consumo e disponibilità nel tempo Ideale per le applicazioni di Automazione VANTAGGI BASSO COSTO Processori SX e DX Espandibili Bassissimo consumo: 1 W! Pienezza di interfacce Piccoli e compatti Vasta gamma di software Resistenti a shock e vibrazioni Compatibili DOS, Linux, CE, XPe Driver Network per DOS DOS NEVER DIES 64 x 46 mm

25 Formati standard PC/104 e PC/104 Plus 92 x 96 mm VANTAGGI SVANTAGGI Standard diffuso e di successo Spazio limitato per processori Moduli impilabili - compatto Spazio limitato per la connettività Resistente a shock e vibrazioni PCI Express definito ma non ancora pronto Connettori professionali BUS ISA = PC/104 ISA + PCI = PC/104 PLUS PCI = PCI 104

26 Formati standard x 146 mm VANTAGGI SVANTAGGI Formato compatto e diffuso E uno standard SOLO nel formato Espandibile PC/104 o PCI/104 Resistente a shock e vibrazioni Non intercambiabile tutte le schede hanno layout diversi Spazio limitato per la connettività Lo spazio non consente l espansione PC/104 Plus Standard dei connettori non definiti

27 Formati standard MINI ITX 170 x 170 mm VANTAGGI SVANTAGGI Formato diffuso Limitata espandibilità Standard solo nel formato Connettori commerciali Razionalizzazione dei connettori Dimensioni non compatte Espandibile con 1 Slot Derivazione mondo consumer Espansioni PC/104 e Mini PCI non standardizzate Connettori commerciali

28 Formati standard EBX x 203 mm VANTAGGI SVANTAGGI Formato diffuso EBX è uno standard Elevata intercambiabilità Espandibile PC/104 e PC/104 Plus Connettori professionali Buona dissipazione del calore Versioni a temperatura estesa Dimensioni elevate

29 Formati Standard EPIC 115 x 165 mm

30 Formati standard EPIC 115 x 165 mm VANTAGGI SVANTAGGI Formato compatto e standard Connettori commerciali Espandibile PC/104 e PC/104 Plus Espandibilità solo con Buona dissipazione del calore PC/104 e PC/104 Plus Tutti i connettori di I/O su un lato Alimentazione singola 12 VDC Anche per processori di fascia alta Sviluppo di Epic Express con PCIE

31 Riepilogo Formati Credit card Mini ITX 170 x 170 mm

32 Moduli SOM - System On Module Processori DX 800 Mhz e SX 300 MHz Consumo 1 W Full function: 4 Seriali, PWM, IDE, Eth, USB, 16 GPIO, Flash bordo Con e senza Video DX/ x 70 mm SX/300 66x 66 mm

33 Computer On Module tecnologia RISC (ARM) ARM9 module i.mx28 Freescale ARM Cortex -A8 module with i.mx53 Freescale 40 x 26 mm versione Pin 56 x 44 mm 30 x 30 mm SMD ARM Cortex-A8 Sitara AM335x Texas Instruments 54 x 44 mm ARM11 module i.mx35 Freescale

34 Computer On Module tecnologia RISC (ARM) Computer On Module tecnologia RISC La scelta Formati diversi non standard Una scelta progettuale La ricchezza di interfacce dei moduli RISC impedisce una standardizzazione se non rinunciando a molte funzioni

35 Analisi comparativa dei costi e delle soluzioni Schede 3,5 Processore Intel D2550 COM Express Compact - Processore Intel D2550 QSEVEN Processore ARM Cortex A9

36 ANALISI COMPARATIVA DEI COSTI Scheda 3.5" Com Express Compact QSeven - Cortex A9 D2550 Dual Core 1,86 GHz D2550 Dual Core 1,86 GHz Dual Core 1 GHz NA Sviluppo baseboard con funzioni addizionali NA Schede addizionali Costo produzione baseboard NA Totale costi per 500 pz Totale costi per 1000 pz Tempi di sviluppo Solo SW HW e SW HW, SE e utility Valuta di riferimento US$ 1 - Sviluppo di baseboard semplice Prezzo cad. per medio volume Sviluppo baseboard senza funzioni addizionali Costo produzione baseboard Sviluppo SW di base: Driver - Bootloader ecc. Totale costi per 1000 pz.

37 COMPARAZIONE DEI BENEFICI Scheda 3.5" Com Express Compact QSeven - Cortex A9 Scarsa Ottima Ottima 2 / 4 anni Oltre 10 anni 10 / 15 anni Personalità e qualità Scarsa Elevata HW e SW Elevata HW e SW Imitabilità Facile Complessa Complessa Scalabilità Difficile Nessun problema Problematica Funzioni BIOS di personalizzazione Scarse Elevatissime Assenti - da sviluppare Razionalizzazione e qualità dei cablaggi Longevità prodotto

38 Breve analisi dei sistemi operativi Windows Windows Embedded Linux

39 Sistemi basati su Windows Standard Requisiti minimi: Processori ad alte prestazioni e alto consumo RAM minimo 2 / 4 GB Occupazione HDD minimo 15 GB Dissipazione tipica di un sistema: 100W Non può essere fanless e richiede alimentatori potenti Non può usare memorie Flash (costi elevati per le alte capacità) Non è adatto ad applicazioni Embedded

40 Sistemi operativi adatti alle applicazioni embedded Windows Embedded VANTAGGI Xpe compatibile con applicazioni sviluppate su Windows XP Personalizzabile all applicazione Leggero: tipicamente < 1 GB Adatto a processori leggeri e quindi Fanless Utilizzabile con memorie a stato solido Stabilità del sistema operativo Funzione Enhanced Write Filter per la protezione dei File Trasportabilità dell applicazione di Win XP su XPe utilizzando l immagine Full Function

41 Sistemi operativi adatti alle applicazioni embedded Windows CE VANTAGGI Pienamente personalizzabile all applicazione Molto leggero: tipicamente da 16 MB a 512 MB Real Time Adatto a processori leggeri e RISC Utilizzabile con memorie a stato solido Costi ridotti di licenza SVANTAGGI Trasporto limitato di applicazioni Windows Richiede sistema di sviluppo e esperienza Rigido adatto a volumi elevati

42 Sistemi operativi adatti alle applicazioni embedded Linux VANTAGGI Open Source - Gratuito Altamente personalizzabile all applicazione Molto leggero: tipicamente da 16 MB in su Estensioni Real Time Adatto a processori leggeri e quindi Fanless Utilizzabile con memorie a stato solido SVANTAGGI Richiede esperienza Non trasportabilità di applicazioni Windows

43 Le necessità delle applicazioni embedded Periferiche adeguate: memorie Flash INDUSTRIALI SIAMO SICURI DI EFFETTUARE LA SCELTA APPROPRIATA?

44 Periferiche adeguate: memorie Flash INDUSTRIALI ATTENZIONE Tre sono le tecnologie attuali MLC (MultiLayer Cell) per applicazioni di prevalente lettura cicli di scrittura SLC per applicazioni industriali di lettura e scrittura cicli di scrittura islc compromesso costi / affidabilità tra MLC e SLC cicli di scrittura

45 Periferiche adeguate: memorie Flash industriali Assenza di parti in movimento MTBF superiore a 3 milioni di ore Cicli di scrittura oltre 2 milioni (SLC + Buffer / Controller adeguato) Costi inferiori a HDD tradizionali con sistemi operativi embedded Basso consumo Insensibili a shock e vibrazioni

46 Riepilogo 1 scegliamo un sistema operativo adatto 2 scegliamo il processore e il formato più adatto 3 - preoccupiamoci della dissipazione 3 usiamo memorie a stato solido appropriate 4 usiamo le funzioni BIOS 5 Usiamo la funzione Failsafe BIOS

47 Riepilogo Un oculata scelta di tutti i componenti: Riduce le risorse hardware Aumenta l affidabilità Riduce la dissipazione Aumenta la stabilità del prodotto Riduce la parti in movimento Aumenta il valore del prodotto Riduce i costi

48 Grazie per l attenzione Saremo lieti di approfondire qualsiasi argomento al ns. stand Sono presenti anche e con un proprio stand e specialisti a Vs. disposizione

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