Рынок встраиваемых систем находится в состоянии постоянного движения, поскольку заказчики требуют все более высокой производительности систем и наличия в них всех современных функций и возможностей. Для типичного встраиваемого продукта может понадобиться несколько этапов аппаратной и программной модернизации в течении жизненного цикла изделия для того, чтобы идти в ногу со всеми последними требованиями.

Разработчики встраиваемых систем обеспокоены тем, что внезапные новые требования по повышению производительности могут потребовать пересмотра схемных решений, вплоть до полной переработки проекта. Для решения этой проблемы Intel предлагает сообществу разработчиков встраиваемых систем модульную платформу Sandy Bridge, которая позволяет сократить количество компонентов системы и потребляемой мощности при одновременном упрощении будущих обновлений.

“Sandy Bridge" - это кодовое название второго поколения семейства процессоров Intel® Core™. Эта новая архитектура сочетает в себе различное количество ядер процессора, интегрированный графический процессор, кэш последнего уровня (LLC) и системный контроллер/контроллер памяти, которые общаются между собой посредством масштабируемого на кристалле кольцевого соединения (Ring-Bus). Такая высокая скорость кольцевого соединения позволяет ядрам процессора и графическиому процессору с легкостью использовать общий кэш и контроллер памяти. Эта концепция кольца является ключевой технологией, лежащей в масштабируемости платформы Sandy Bridge, что позволяет Intel изменять количество ядер и предлагать варианты, которые позволяют оптимизировать стоимость, производительность и потребляемую мощность в зависимости от приложения.

Разработчики встраиваемых систем теперь могут выбрать версию, которая не только покрывает текущие потребности, но оставляет место для будущего повышения производительности.

Самой первой платой форм-фактора PC/104 на платформе Intel® Sandy Bridge стала недавно представленная компанией ADL Embedded Solutions (США) процессорная плата стандарта PCI/104-Express ADLQM67PC, которая сделала доступной второе поколение Intel® Core i5/ i7 и производительность Celeron сообществу разработчиков встраиваемых систем. Процессоры второго поколения Core i5/ i7/ Celeron хорошо зарекомендовали себя на потребительском рынке – от высокопроизводительных видеоигровых систем до мобильных приложений, таких как планшеты и нетбуки. Теперь с появлением ADLQM67PC множество преимуществ, которые сделали платформу Sandy Bridge столь популярной, становятся доступными и для встраиваемых систем. Intel сделал доступным ряд встроенных процессоров Sandy Bridge, которые попадают в программу Intel для длительного жизненного цикла встроенных процессоров.

Архитектурные улучшения

Основные архитектурные улучшения, вошедшие во второе поколение Intel Core i5 и i7 процессоров (Sandy Bridge):

- 256-ти битная внутренняя высокоскоростная кольцевая шина (Ring-Bus);

- усовершенствованные векторные расширения (Advanced Vector Extensions, AVX);

- встроенный графический контроллер высокого разрешения 3000 серии;

- 16 PCI-Express линий с пропускной способностью 5GT/s;

Новая кольцевая архитектура шины (Ring-Bus) имеет разрядность 256 бит и работает на частоте 2.2ГГц и 2.5ГГц для процессоров Core i5 и Core i7 соответственно. Новая шина имеет вдвое большую разрядность (256 бит) против 128 бит для первого поколения Core i5/i7.

Кроме того, Intel создал новый набор одиночныx потоков команд со множественным потоком данных (single instruction multiple data, SIMD). Усовершенствованные Векторные Расширения (AVX), которые значительно улучшают выполнение математических операций с плавающей точкой для обработки таких сложных данных, как данные Цифровых Сигнальных Процессоров (DSP) или обработку изображений. Такие типы задач ранее традиционно требовали для реализации либо внешнего DSP/FPGA, либо внешней видеокарты. Шина данных 256 бит может теперь обработать до 8x32 бит операций с плавающей точкой или 4x64 бит операций с плавающей точкой двойной точности. Это улучшение, вместе с вычислительной мощностью операций с плавающей точкой набора AVX, делает вычислительную платформу весьма производительной. В частности, для такой высокоскоростной обработки данных, как в DSP или в обработке изображений, набор SIMD AVX может принести огромную пользу.

Intel также интегрировал новую Графику HD Intel® 3000 в ядро Core i5/i7 процессоров второго поколения. Графика HD 3000 включают 12 модулей выполнения (EU) и поддерживают кодирование и декодирование видео высокого разрешения (HD), видеоускорение DirectX (DXVA) и поддержку DirectX 10.1 и OpenGL 3.0 в добавление к Динамическойной Технологии выделения Видеопамяти (DVMT) 5.0, которая предоставляет до 1720 МБ динамической видеопамяти. Для большинства приложений Графика HD INTEL® 3000 более чем достаточна, чтобы удовлетворить универсальные потребности в обработке графики без необходимости во внешних аппаратных средствах.

Для ситуаций, требующих внешней поддержки обработки графики, выделенного DSP или периферийных устройств FPGA, второе поколение Core i5 и i7 также поддерживает x16 шину PEG, которая теперь конфигурируема как x16, 2x8, или 1x8 с 2x4 линиями. Пропускная способность шины PCIe была увеличена от 2.5GT/s до 5GT/s, таким образом удваивая доступную пропускную способность. Шина PCI-Express предоставляет интерфейс к выделенному DSP или FPGA, в случае, если они являются необходимыми.

В недавнем прошлом «рабочей лошадкой» для приложений PCI/104-Express была платформа Intel® Cantiga с чипсетом GS45 и ЦП Penryn от ADL Embedded Solutions Inc. и других производителей. Используя утилиту оценки производительности SiSoftware Sandra, платформа GS45 Core2 Duo с процессором SP9300 была протестирована с результатом Dhrystones = 18.5 GIPS (Миллиардов команд в секунду) и Whetstones = 15.4 GFLOPS (Миллиардов операций с плавающей точкой в секунду). В сравнении, второе поколение Core i7 с процессором 2655LE, используемый на ADLQM67PC, показывает Dhrystones = 32.8 GIPS и Whetstones = 27.8 GFLOPS. Это - замечательное увеличение производительности на 80% от применения платформы Intel® Sandy Bridge.

Примеры применения

Обработка изображений и Цифровая обработка сигналов

Как было отмечено ранее, циклические векторные и скалярные расчеты данных, которые обычно выполняются на встроенном DSP и устройствах обработки видеоинформации, могут быть эффективно реализованы благодаря вычислительной мощности и новой архитектуре Core i5/i7 второго поколения. Используя новый набор AVX, разработчики встраиваемых систем могут значительно повысить вычислительную производительность и в некоторых случаях заменить внешние выделенные DSP или FPGA и/или сократить количество периферийных устройств. Сокращение количества периферийных устройств и компонентов приводит к уменьшению размера и веса аппаратной части и требуемой потребляемой мощности законченной системы, что может непосредственно позволить увеличить время автономной работы или улучшить другие характеристики системы.

Промышленные Сети и Управление

Для применения в промышленности большим преимуществом платформы Sandy Bridge является разнообразие интерфейсов ввода/вывода и даже несколько избыточная вычислительная мощность второго поколения Core i5 /i7 процессоров. Управление производственным процессом полагается на передачу данных через множество протоколов связи для передачи данных и управления существующими и будущими системами. Данные различных типов из разных мест могут быть доставлены в ADLQM67PC, обработаны и эффективно выведены к объекту управления. Возможности ввода-вывода ADLQM67PC включают два порта Гигабитного Ethernet, которые поддерживают начальную загрузку по сети и широкие возможности структурирования, два SATA 3.0 порта, работающие с пропускной способностью до 6GB/s, восемь USB 2.0 портов и шину PCIe, которая обеспечивает подключение любого количества периферийных устройств ввода данных и управления, таких как 4-х портовый Гигабитный Ethernet контроллер для дополнительных портов Ethernet, контроллер шины CAN, Mil-Std 1553, ARINC, RS-485 и других. Сетевые приложения обычно нуждаются в двух или больше интерфейсах Гигабитного Ethernet и достаточной вычислительной мощности, чтобы надлежащим образом управлять сетевым трафиком.

Системы реального времени (RTOS) с Celeron Sandy Bridge

Sandy Bridge Celeron 827E является одноядерным, однопотоковым процессором с большинством функций, характерных и для Core i5 и i7. Этот процессор не поддерживает AES, AVX или технологию виртуализации Intel и графическое ядро HD Intel® имеет тактовую частоту 350 МГц по сравнению с тактовой частотой 650 МГц графического ядра HD INTEL® 3000. Однако чипсет Intel® серии 6 (QM67 PCH), предлагаемый на ADLQM67PC, вместе с одноядерной однопотоковой архитектурой Celeron 827E делает его идеальным выбором для многих промышленных приложений систем реального времени, которые не нуждаются во всей вычислительной мощности многоядерных Сore i5 и i7. Относительно низкая цена по сравнению с Core i5 / i7 делает решение на Celeron 827E отличным выбором для реализации систем реального времени, когда стоимость является немаловажным критерием.

Устройства вывода видеоинформации и игровые решения с Sandy Bridge

Графическое ядро HD INTEL® 3000 с двумя независимыми каналами обработки видеоданных и множеством интерфейсов вывода графической информации, включая LVDS, VGA, HDMI и DisplayPort делает это решение совершенным механизмом для многих систем отображения и игровых платформ, без потребности во внешних видеокартах. Для специализированных приложений и для приложений, где нет очень высоких требований к производительности и пропускной способности графики, возможностей процессора Celeron 827E может быть более чем достаточно для удовлетворения потребностей заказчиков.

Защищенность и интеграция

Для промышленных и оборонных применений, где требования к устойчивости системы при неблагоприятных условиях эксплуатации очень высоки, ценность второго поколения Core i5/i7 значительно увеличивается за счет доступности расширенной температуры эксплуатации и дополнительной защиты, предлагаемой ADL. Опция на расширенный температурный диапазон доступна для рабочей температуры эксплуатации от ‐40°C до +85°C. Кроме того, опции влагозащитного покрытия Under-Fill / Bonding также доступны для любого изделия ADLQM67PC с процессорами Core i5/ i7 и Celeron.

Наконец, плата PCI/104-Express ADLQM67PC также сопровождается рядом готовых решений охлаждения и системных корпусов, чтобы удовлетворить любым требованиям заказчиков для работы изделия в жестких условиях эксплуатации как по механике, так и по рабочему температурному диапазону.

J.C.Ramirez, менеджер по продукции, компания ADL Embedded Solutions Inc.