Suntem deja de o bună bucată de vreme în era informaţiilor. Cu toţii suntem obişnuiţi cu omniprezentul calculator personal, PC-ul. Este de găsit în mai toate domeniile de activitate. Este din ce în ce mai uşor de folosit de toată lumea, iar performanţele acestora cresc din ce în ce mai mult. Nu vă vom prezenta în acest articol o noutate, mai degrabă trataţi acest articol ca un semnal pentru ce va urma în viitorii ani. Este vorba de aşa numitele EMBEDDED PC care pătrund din ce în ce mai mult în lumea echipamentelor electronice.
Ce sunt aceste EMBEDDED PC – uri?
Termenul încă nu este consacrat în literatura noastră de specialitate, dar este larg răspândit în exterior. Există termene ca EMBEDDED software sau EMBEDDED microcontroler. Toate acestea sunt sub acoperirea a ceea ce se numeşte Embedded Systems – un echipament electronic împreună cu software-ul aferent – proiectate special pentru a fi înglobate într-un produs pe care îl deservesc în mod exclusiv. Înainte de a face o prezentare a acestor EMBEDDED PC trebuie să mai amintim o realitate: electronica zilelor noastre nu mai este de conceput fără software. Mai toate aplicaţiile au la bază un microcontroler sau unele chipuri programabile. Dacă proiectarea şi realizarea unei plăci electronice poate fi estimată destul de precis ca timp de realizare, nu acelaşi lucru se întâmplă cu softul aferent. Mai mult, de regulă obţinerea versiunii finale pentru respectivul software ia mult mai mult timp decât obţinerea părţii de hardware. Şi cum timpul costă bani nu trebuie să ne mire că un anumit proiect este mai ieftin să fie implementat folosind un calculator decât o placă cu microcontroler . Din simplul motiv că în acest caz preţul dezvoltării softului de PC compensează preţul calculatorului. Pe de altă parte, aplicaţiile care necesită un mare volum de calcul sau implementarea unei interfeţe grafice sunt de neconceput fără aceste calculatoare.
Să ne imaginăm că în locul unei plăci cu microcontroler avem la aproape aceeaşi dimensiune o placă ale căror funcţiuni sunt acelea ale unui calculator Pentium III la 600MHz. Şi mai mult, pe acea placă găsim tot ce găsim la un calculator performant şi chiar în plus: busurile ISA şi PCI, porturile (seriale, paralele, USB, tastatura şi mouse), unitatea grafică, controlere pentru floppy şi harddisc, interfaţa directă pentru mediile memoriilor flash. Privind simplu, avem un calculator concentrat pe o placă plină de conectori pe care îl putem folosi ca pe o componentă electronică puţin mai mare ca dimensiuni.
Tipuri şi dimensiuni
Cel mai răspândit format al acestor calculatoare este PC104. Dimensiunea acestui calculator este standard, aproximativ 10 x 10 cm. Denumirea provine de la PC şi cele 104 semnale care se găsesc pe principala cuplă (104 pini) a acestui calculator care nu sunt altele decât semnalele busului ISA pe 16 biţi. Această cuplă permite adăugarea altor plăci în acelaşi format, de regulă plăci de achiziţie sau care înglobează funcţiuni pe care calculatorul de bază nu le poate realiza. Avantajul net faţă de calculatorul normal unde o astfel de placă se pune într-unul din sloturi, este fermitatea contactului şi rezistenţa acestuia la şocuri şi vibraţii. Un nume asemănător este PC104plus care nu se referă la formatul fizic ci strict la denumirea cuplei care este cu un alt număr de pini şi în alt format (inclusiv pasul diferă). Semnalele de pe această cuplă sunt de această dată ale busului PCI. Deci dacă PC104 înseamnă fie formatul unui astfel de calculator fie se referă doar la cupla care se găseşte pe un calculator (poate fi în alt format fizic), PC104plus se referă strict la cuplă şi la faptul că avem şi busul PCI disponibil.
Un alt format, din ce în ce mai des folosit, este aşa zisul 3,5″ BOARD. Se referă la faptul ca lăţimea este de 3,5 inch, calculatorul este aproape cât o unitate de floppy de 3,5″. Bineînţeles că pe un astfel de calculator se găsesc una sau ambele cuple PC104 sau PC104plus precum şi celelalte cuple.
Ultimul format pe care îl vom aduce în discuţie este ISA SLOT – CPU care are 3 variante, full size, 3 şi 1 size. Formatul 1 arată ca dimensiune ca o placă ISA pe 16 biţi, celelalte două sunt mai lungi. De regulă, la acest tip de calculatoare găsim pe lângă cele două cuple PC104 şi PC104plus şi o cuplă ISA standard (identică electric cu o cuplă PC104) care permite folosirea backplanurilor. Acestea sunt un aşa zisele “fund de sertar” prin care pot fi cuplate interfeţe utilizate la PC-uri uzuale, neindustriale.
Alte formate există şi sunt impuse pe piaţă de marii producători din domeniu; astfel există calculatoare de dimensiunea unei memorii de laptop, numite DIMM – PC, calculatoare cu bus ISA care arată similar cu cele ISA SLOT, dar la o privire mai atentă găsim în locul conectorului ISA un conector care conţine semnalele ambelor busuri, ISA şi PCI împreună. Şi lista poate continua.
STRUCTURA INTERNĂ a unui astfel de calculator diferă de la caz la caz. Toate sunt, cum am spus, bazate pe o structură compatibilă IBM PC, permiţând în funcţie de puterea procesorului să suporte sistemele de operare cunoscute (DOS, Linux, QNX, Windows 9x, 2000, NT, CE). Dacă până în urmă cu câţiva ani regăseam aproape exclusiv procesoare Intel sau AMD pe acest gen de calculatoare acest lucru nu se mai întâmplă şi acum. Motivul este că există o cerere din ce în ce mai mare pentru soluţii performante, dar cu consum scăzut de energie. După cum se cunoaşte, procesoarele Intel sunt performante dar mari consumatoare de energie, toate lucrând în prezenţa unui ventilator.
Acest ventilator se pare că este lucrul cel mai puţin fiabil în echipamente industriale, căldura degajată fiind o altă problemă şi ca urmare soluţia unui procesor performant dar care să nu aibă nevoie de ventilaţie a dat câştig de cauză. Evident că supremaţia Intel la soluţii performante se menţine, dar peste jumătate din oferta de astăzi în domeniu Embedded se bazează pe procesoare fără ventilaţie. Astfel, Geode de la National Semiconductor este poate cel mai cunoscut în acest moment. Fiind şi ieftin şi putând rula la 300MHz cu răcire naturală permite ca preţul de end-user pentru un astfel de calculator să fie în jur de 300USD. Un alt procesor care este echivalentul unui Pentium III la 400 – 667MHz şi care de asemenea nu necesită ventilator este din seria VIA Eden. Putem spune astăzi că avem la dispoziţie plăci cu puterea de calcul a unui calculator Pentium care trebuie doar alimentate cu 5 volţi şi au un consum total între 5 şi 8W.
Pe aceste plăci regăsim o unitate grafică cu ieşire direct pe ecran cu cristale lichide sau pe monitor clasic, toate porturile uzuale, chiar mai mult, majoritatea au şi un port RS 485. Foarte importantă este posibilitatea conectării la placă a unităţilor de stocare bazate pe memorii flash. Acestea înlocuiesc cu succes harddiscul (cu părţi în mişcare şi mai puţin rezistent la şocuri şi vibraţii), capacitatea lor ajungând usual la 128Mocteţi la preţuri modice (70 USD) sau chiar de 1Gb, dar la preţ mai consistent. În acest domeniu fostul DiskOnChip de la M-System www.m-sys.com este la concurenţă cu flash cardurile.
În general, aplicaţiile industriale care necesită Embedded PC folosesc ca mediu de stocare exclusiv aceste variante chiar dacă pe placă există şi posibilitatea cuplării de harddiscuri clasice. Un ultim element deloc de neglijat este existenţa pe aceste calculatoare a unui watchdog timer independent care permite resetarea sistemului în caz de blocare a software-ului. De asemenea, pe lângă porturile standard se găseşte un număr de 8 intrări/ieşiri conectabile direct la proces sub forma de intrări/ieşiri digitale.
ANALIZA COSTURILOR unui astfel de sistem arată că în comparaţie cu un calculator obişnuit putem obţine aceaşi putere de calcul pentru un preţ aproape dublu. Dacă considerăm avantajele nete faţă de un calculator obişnuit care ar fi existenţa pe placă a interfeţelor directe pentru ecrane LCD, memorii flash, interfaţa 485, watchdogtimer raportul preţ / performanţă ar fi comparabil. Dacă adăugam fiabilitatea, dimensiunile şi consumul redus şi mai ales portabilitatea trebuie să recunoaştem că folosirea acestor componente ar trebui să intre în atenţia fiecărui electronist.
În general, aceste calculatoare pe o singură placă (SBC – Single Board Computer) se livrează fără memorie şi fără unitate de stocare gen harddisk sau memorie flash. SBC-urile cu procesoare Geode sau Via Eden au preţuri în jur de 300USD, cele pentru procesoare Intel au preţuri în jur de 400 – 500USD în funcţie de parametri, chiar mai scumpe dacă suportă ultimele generaţii de 64 de biţi. Pentru proiecte mai mari firmele producătoare acordă discounturi semnificative în funcţie de cantitatea consumată de fiecare proiect.
AVANTAJELE acestor echipamente nu sunt doar cele evidente: putere mare de calcul, portabilitate şi dimensiuni mici, consum energetic redus, fiabilitate, preţ redus. Prin faptul că oferă o platformă de lucru compatibilă şi cunoscută, dezvoltarea aplicaţiilor se face într-un timp mult mai scurt. Iar dacă încercăm să folosim la maximum puterea de calcul practic orice altă variantă de implementare costa mult, mult mai mult dacă se dezvoltă independent. Proiectele uzuale (proiecte din Comunitatea Europeană) au ordinul de mărime cuprins între sute şi mii de echipamente folosite pentru un proiect. Când se ajunge la nivelul miilor sau mai mult, deja se pune problema creării unui produs distinct, chiar derivat din acest SBC.
Aplicaţiile care folosesc aceste sisteme sunt echipamente de instrumentaţie, medicale, control industrial, puncte de vânzare POS, automate de stradă, până şi ceasurile de taxare cu funcţii extinse folo sesc un astfel de calculator.
În acest moment pe plan local avem preţul unui astfel de echipament comparabil cu salariul unui inginer. Dacă se doreşte implementarea unei singure aplicaţii dedicate (o bucată) realizată de un singur om avem două variante: prima ar fi folosirea unui microcontroler. Dacă timpul de realizare a acestei aplicaţii cu microcontroler este de două luni, deja devine mai eficient să o implementăm pe o structură SBC pentru că scrierea şi depanarea unei aplicaţii minime pe o platformă PC ia cu mult mai puţin timp decât realizarea unor performanţe similare cu un microcontroler. Cert este că spectrul aplicaţiilor cu aceste calculatoare a crescut în mod considerabil şi acesta cum am spus este doar începutul.
PRODUCĂTORII acestor echipamente au întâlnit în ultimii ani creşteri fără precedent atât ca cifră de afaceri cât şi ca unităţi vândute, mai ales că preţurile scad vertiginos odată cu cantităţile din ce în ce mai mari produse. Un lucru deloc de neglijat este fiabilitatea, performanţele şi suportul tehnic acordat de producători. Fiind folosite în aplicaţii care lucrează 24 de ore din 24 sau în echipamente medicale sau cu risc ridicat în caz de defectare exigenţele sunt mari, iar alegerea unui astfel de echipament trebuie făcută cu mare grijă. În Europa cel mai mare producător este grupul german Jumptech; www.jumptecgroup.de este adresa unde găsiţi informaţii despre acest grup care are în portofoliu o mare varietate de Embedded PC. Una din companiile care face parte din acest grup este firma daneză Inside, www.inside.dk specializată în producerea de calculatoare foarte fiabile şi performante în format 3,5″ şi ISA.
Printre producătorii asiatici de marcă îi recomandăm pe AAEON, al treilea producător mondial în domeniu şi pe Evalue – Tech, paginile de web pentru mai multe informaţii sunt:
http://www.evalue-tech.com/ şi www.aaeon.com.tw.
Firma Datronic din Timişoara oferă toată gama de produse de la producătorii mai sus amintiţi precum şi suportul tehnic necesar.
Ing. Ionel Nicolae
Datronic – Ncip SRL
Eurodis and Hitex Sales Representative
Str. Ciprian Porumbescu nr. 79
1900 Timişoara România
Tel./Fax: +40 256 292774
inicolae@electronic.ro
http://www.electronic.ro