Aktuelle COM Express Pin-Outs eröffnen neue Computer-on-Module-Applikationen Kontaktdaten für Computer-on-Module

Aktuelle COM Express Pin-Outs eröffnen
neue Computer-on-Module-Applikationen
Kontaktdaten für Computer-on-Module

Werden neue Prozessoren von den Chipherstellern gelauncht, zählen Computer-on-Modules zu den ersten Embedded Computingplattformen, auf denen diese umgesetzt werden. So auch bei der zweiten Generation der Intel Core i3/i5/i7 Prozessoren und der AMD Embedded G-Series, die beispielsweise Kontron auf den COM Express Computer-on-Modulen ETXexpress-SC und microETXexpress-OH integriert. Um die vollen Möglichkeiten der neuen Prozessor­generationen Embedded Applikationen zugängig zu machen, bieten sie das neue COM Express Pin-Out Typ 6. Was aber verbirgt sich hinter den Pin-Outs und welche Vorteile bieten sie Entwicklern?
Mitentscheidend für die Entwicklungszeit von Computer-on-Module-Applikationen ist die Art und Anzahl der zum applikationsspezifischen Carrierboard ausgeführten Schnittstellen. Diese werden bei COM Express – dem weltweit bedeutendsten herstellerunabhängigen Standard für Computer-on-Modules – über die Belegung der Konnektoren, die so genannten Pin-out-Typen, definiert. Je exakter der Bedarf der Applikation von den ausgeführten Interfaces getroffen wird, desto weniger muss der Entwickler an eigenen Lösungen auf dem Carrierboard integrieren. Und desto einfacher und schneller erfolgt die Applikationsentwicklung. Dabei spielen die Prozessorplattformen (CPU plus Chipsatz) eine wichtige Rolle: Denn was sie bereits integrieren, kann dann auch einfach über das Carrierboard ausgeführt werden. Und seit der Vorstellung der Intel Atom Prozessoren der E6xx-Serie ist ein Trend bei neuen Prozessorplattformen klar erkennbar: Höhere Integration. So integrieren die jüngsten Prozessorgenerationen von Intel und AMD neben der eigentlichen CPU auch weitere Komponenten wie den Speichercontroller, die Grafikeinheit sowie einen PCI Express Controller und weitere Einheiten wie beispielsweise Videobeschleuniger. Durch diese höhere Integration sinkt auf der einen Seite der Platzbedarf auf dem Modul, was kleinere Formfaktoren ermöglicht, und auf der anderen Seite bieten sie mehr dedizierte Interfaces. Dadurch wandelt sich aber auch der Bedarf der vom Computer-on-Module ausgeführten Schnittstellen. Mit der Einführung der beiden neuen Pin-out-Typen 6 und 10 in der COM-Express-Spezifikation 2.0 werden speziell die Möglichkeiten dieser jüngsten Prozessor-Plattformen bedient. Und auch für zukünftige Entwicklungen bieten sie genügend Raum: So können kommende Technologien einfach eingebunden werden, wie beispielsweise Super-Speed USB. Aber auch wenn diese (noch) nicht nativ von den Prozessorplattformen unterstützt werden, bieten die neuesten Prozessoren von Intel und AMD etliche Interface-Neuerungen.

Prozessorplattformen mit mehr Grafikmöglichkeiten

In die zweite Generation der Intel Core i5/i7 Prozessoren sowie in die AMD Embedded G-Series ist nun auch die letzte Komponente eines Computersystems in die Leistungssteigerung mit eingeflossen: Die Grafikeinheit. So bieten Computer-on-Module auf Basis dieser neuen Prozessoren erstmals im Embedded-Segment eine Grafikperformance auf dem Niveau dedizierter Grafikkarten. Damit geht auch eine deutliche Erweiterung der Grafikschnittstellen einher, die unterstützt werden: Hinzu kommen DisplayPort, HDMI/ DVI sowie bei Intel Plattformen der herstellerspezifischen Serial Digital Video Output (SDVO). Um diese neuen Möglichkeiten auch auf SFF Designs effizient nutzbar zu machen, müssen Computer-on-Module diese Schnittstellen natürlich auch zum Carrierboard hin ausführen. Mit den neuen Pin-outs Typ 6 und Typ 10 stehen Entwicklern erstmals Computer-on-Module zur Verfügung, die nativ bis zu drei dieser Digital Display Interfaces parallel unterstützen. Und das zusätzlich zu den bisherigen Embedded Schnittstellen LVDS und VGA (nur Typ 6).

Neues Pin-out Typ 6 eröffnet schöne neue Grafikwelt

COM Express Module mit dem Pin-out-Typ 6 bieten dabei das umfangreichste Angebot an Grafik- und Videoschnittstellen. Typ 6 basiert im Wesentlichen auf dem bisher erfolgreichsten COM Express Pin-out, dem Typ 2, das neben PCI Express Graphics auch LVDS (Low Voltage Differential Signaling) und VGA ausführt. Module mit Pin-out-Type 6 gehen allerdings weit über diese bisherigen Grafikoptionen hinaus. Denn sie bieten bis zu drei neue Ports, die dezidiert für neue Digital Display Interfaces (DDI) ausgelegt sind. Diese Ports kann der Entwickler individuell für das High Definition Multimedia Interface (HDMI) bzw. das elektrisch kompatible Digital Visual Interface (DVI) oder den DigitalPort (DP) konfigurieren. DDI Port 1 unterstützt zusätzlich SDVO (Serial Digital Video Output). SDVO ist bei Typ 6 nicht mehr auf dem PEG-Port gemultiplext, wie bisher bei Typ 2, sondern wird auf dem Digital Display Interface Port 1 ausgeführt. So kann parallel zu Embedded Grafik auch eine externe PEG-Grafikkarte genutzt werden, beispielsweise für Multimonitorapplikationen mit mehr als vier Bildschirmen oder für die Datenverarbeitung mittels General Purpose GPUs (GPGPU). Mit dieser umfassenden Unterstützung für die neuen Grafik- und Display-Funktionalitäten neuester und kommender Prozessorplattformen Chipsätze stellt der Pin-out-Type 6 eine gelungene und zeitgemäße Ergänzung der Pin-out-Typen 2 und 3 dar. Kontron hat diese Entwicklung in einigen Bereichen bereits antizipiert und 2007 mit der COM Express Extension bereits in seine COM Express Module implementiert. Entwickler, die die neu­en Grafikmöglichkeiten von COM Express voll ausschöpfen wollen, sind daher bei dem Embedded-Spezialist an der richtigen Adresse. Durch seine Erfahrung kann der Module-Hersteller Entwickler bei der Umstellung von den Pin-out-Typen 2 oder 3 auf Pin-out-Type 6 optimal unterstützen und einen nahtlosen Übergang gewährleisten Derzeit führt Kontron mit dem
ETXexpress-AI sowie dem ETXexpress-SC zwei Typ 6 Modulfamilien im basic Formfaktor (125x95mm). Und mit dem auf der embedded world gelaunchten microETXexpress-OH präsentiert Kontron das erste Typ 6 Modul im neuen COM Express compact Formfaktor. Um Platz auf dem Stecker für diese zusätzlichen DDI zu schaffen, werden die PCI-Pins von Typ 2 beim pin-out Typ 6 für die Unterstützung der Digital Display Interfaces genutzt sowie für zusätzliche PCI-Express-Lanes. Darüber hinaus werden die Pins, welche in Pin-out-Type 2 das IDE-Interface belegen, beim Pin-out-Typ 6 für zukünftige Technologien reserviert. Mit USB 3.0, das im Vergleich zu USB.2.0 je ein zusätzliches Adernpaar benötigt, führt Kontron eine dieser Technologien bereits auf seinen neuen Typ 6 Computer-on-Modulen ein: Sowohl das Kontron ETX­express-SC mit Intel Core i5/i7 Prozessoren sowie das microETXexpress-OH mit den Prozessoren der neuen AMD Embedded G-Series bieten damit pro USB Port im Superspeed Modus eine Datenrate von bis 5Gbit/s.

Mehr Grafikoptionen auch für ultrakompakte Computer-on-Module

Auch für ultrakompakte Computer-on-Module, wie das Kontron nanoETXexpress-TT, hat die 2.
Revision der COM Express Spezifikation mit dem Pin-out Typ 10 Signalleitungen für ein Digital Display Interface definiert. Dazu nutzt Typ 10 gegenüber dem Typ 1 Pin-out den zweiten LVDS-Kanal, TV-out und VGA für die Unterstützung des SDVO-Ports (bzw. alternativ DisplayPort oder DVI/HDMI) via DDI. Dadurch unterstützen Typ 10 ultrakompakte, COM Express kompatible Computer-on-Module nicht nur neueste Displayschnittstellen nativ, sondern bieten auch offiziell Dual-Display- Support, da sie weiterhin einen LVDS-Kanal separat unterstützen. Die Tabelle auf dieser Seite zeigt die genauen Unterschiede in der Pin-Belegung zwischen Typ 1 und Typ 10.

Weitere Neuheiten, nicht nur für Typ 6 und Typ 10

Zu den weiteren wichtigen Neuheiten der Pin-outs Typ 6 und Typ 10 zählt der Support serieller Schnittstellen. Hier erweist sich der Standard einmal mehr als sehr gut auf die Marktbedürfnisse abgestimmt. Beide können unterschiedlich genutzt werden, z.B. für den RS232/RS485/ CAN-Bus oder andere zweiadrige Schnittstellen. So nutzen zahlreiche Applikationen diese Schnittstellen, wie beispielsweise im Bereich Gaming, die damit Funktionen wie Intrusion-Detection umsetzen. Weiterhin unterstützen Typ 10 und Typ 6 auch SDIO. Dafür werden die existierenden GPIO Signale alternativ verwendet. Weitere Änderungen, die alle Module-Typen betreffen, umfassen die Kompatibilität des COM Express Connectors für PCI Express Gen2. Technisch bedeutet das keine Änderung des Steckers und seiner Belegung, jedoch sollten Entwickler beim Routen von Modul und Carrierboard die neuen Regeln für PCIe Gen2 einhalten. Außerdem werden die AC97 Pins jetzt dazu genutzt, um AC97 und HD Sound zu unterstützen. Auch das kennen Anwender zum Beispiel bereits von den Kontron COMs. Zudem gibt es neben dem bisherigen Firmware-Hub ein neues BIOS bzw. Firmware Interface für interne und externe Boots der neuen Prozessorgeneration. Es handelt sich um ein Serial Peripheral Interface (SPI), das zukünftige Interface für Firmware Flashs auf Modul und Carrier-Board. Für diesen Zweck werden bisher reservierte Pins genutzt.

Einheitliche Interfaces für den Zugriff auf die Hardware

Um den F&E-Aufwand sowie Kosten und Markteinführungszeiten für Kunden noch weiter zu verringern hat Kontron zudem die Cross Plattform Middleware Kontron Embedded Application Programming Interface (KEAPI) entwickelt. Sie ist 100 prozentig kompatibel zum EAPI der PICMG, bietet allerdings einen erweiterten Funktionsumfang. Unabhängig, ob ein OEM für beispielsweise Multimedia-Applikationen auf Basis von der AMD G-Series oder Intel Core i3/i5/i7 Prozessoren entwickelt, kann er dank Kontron EAPI seine Software auf beiden Plattformen nutzen und die Entwicklungskosten und die Time-to-Market signifikant senken – und das schon ab dem ersten Design-In. Mit Kontron EAPI werden zudem auch künftige Migrationen noch effizienter. OEMs können für den Zugriff auf die Hardwarefunktionen eines Prozessorboards ohne irgendwelche Codeanpassungen auf neue Plattformen mit Kontron EAPI umziehen, denn die Softwareschnittstellen zur Hardware bleiben identisch. Das senkt die Engineering- und Implementierungskosten für neue Hardware um bis zu 40%.

Vier COM-Familien direkt verfügbar

Seit Einführung der neuen Pin-outs Typ 6 und 10 stehen Kunden bei Kontron bereits vier Computer-on-Module-Familien für ihre Designs zur Verfügung. Das Spektrum reicht vom äußerst kompakten nanoETXexpress-TT mit Intel Atom E6xx Prozessoren, das sogar für den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85°C, erhältlich ist, über das COM Express compact COM Kontron microETXexpress-OH mit der neuen AMD Embedded G-Series bis hin zum Kontron ETX­express-SC mit Intel Core i7 Prozessoren. Zudem bietet Kontron auch Starterkits und Evaluationboards für beide Pin-outs an. Damit steht Entwicklern für jeden Formfaktor und jeden Performancebereich direkt ein passendes Computer-on-Module von Kontron zur Verfügung, um direkt mit der Applikationsentwicklung zu starten. Auf Wunsch wird auch die Carrierboardentwicklung und Zertifizierung für den anvisierten Zielmarkt übernommen. Das verkürzt zusätzlich die Time-to-Market, senkt die Total-Cost of Ownership und ist die Basis für hohe Qualität.

Kasten: Displayport und HDMI kurz erklärt

DisplayPort ist ein durch die Vesa genormter universeller und – im Gegensatz zu HDMI – lizenzfreier Verbindungsstandard, was ihm eine weite Verbreitung sichern dürfte. DisplayPort bietet nicht nur eine viel höhere Datenübertragung bei 4 Leitungen bis zu 17,28Gbit/s (LVDS 2,835Gbit/s, DVI 4,95Gbit/s) sondern auch ein Mikropaket-Protokoll, was eine einfache Erweiterung des Standards erlaubt. DisplayPort unterstützt zudem einen Zusatzkanal, der eine bidirektionale Verbindung erlaubt, um unter anderem eine Gerätesteuerung nach den Vesa-Standards E-DDC, E-EDID, DDC/CI und MCCS zu ermöglichen. Dadurch wird echtes Plug-and-Play möglich. Dieser Zusatzkanal kann z.B. für Pheripheriegeräte wie Touchdisplay, USB-Verbindungen, Kamera, Mikrofon, etc. verwendet werden. Damit könnte DisplayPort in Zukunft auch das im Consumer Markt populäre HDMI ablösen, das wie oben beschrieben, vom COM Express Standard wahlweise über die DDI Schnittstelle ebenfalls unterstützt wird. HDMI bietet sich mit seiner hohen Datenübertragung, seinem Steckerkonzept (Audio- und Bild in einem Kabel) oder seiner Abwärtskompatibilität als Ideallösung für AV und Multimedia Applikationen wie beispielsweise Hometheater-PCs oder Set-Top-Boxen an. Im Gegensatz zu DisplayPort, der für externe Verbindungen auch eine mechanische Sicherung des Steckers (Schraube) definiert, bietet HDMI jedoch dieses Feature nicht, so dass es sich für den Einsatz im rauen Umgebungen nicht so gut eignet.

Autor: Hubert Hafner, Produktmarketing Manager Kontron Embedded Modules GmbH

Kontron AG
www.kontron.de

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