PRESS

Abilitare applicazioni Real Time con moduli COM Express: una soluzione semplice per i settori industriale, dei trasporti e della Difesa

Un numero crescente di applicazioni embedded in diversi settori tra cui quello industriale, dei trasporti e della Difesa richiede risposte in tempo reale a situazioni critiche. Lo standard COM Express, molto conosciuto e popolare grazie alla sua integrabilità e scalabilità, permette di ridurre i rischi e le complessità di sviluppo di sistemi embedded per applicazioni Real Time, fornendo una piattaforma standard che elimina le situazioni di vendor lock-in.

In particolare, la nuova generazione di processori Intel Atom Serie x6000 (conosciuti anche come Elkhart Lake) rappresenta una scelta ideale per applicazioni Real Time su sistemi basati sullo standard COM Express che operano in condizioni ambientali difficili (tipiche dei settori sopra citati). I nuovi processori permettono inoltre di espandere le potenzialità dello standard COM Express, riducendo drasticamente complessità e i costi di sviluppo, un vantaggio non da poco per sviluppatori e system integrator.

Applicazioni Hard Real Time vs. Soft Real Time

Le applicazioni Real Time richiedono che, a seguito di un determinato input, venga data una risposta o venga attivato un task in tempo reale per evitare conseguenze spiacevoli o il deterioramento della qualità delle prestazioni del sistema. Si distinguono applicazioni Hard Real Time da quelle Soft Real Time: nelle prime, la mancata attivazione del processo può comportare conseguenze anche fatali, mentre nelle applicazioni Soft Real Time le conseguenze sono più lievi e si riferiscono alla perdita di qualità delle prestazioni, ad esempio un ritardo nell’audio o nel video.

Nelle applicazioni Hard Real Time, fornire una risposta o attivare un task in tempo reale comporta il fatto che gli input vengano analizzati e processati in tempo reale, e che l’unità CPU possa eseguire il task senza che questo interferisca con le operazioni di routine del sistema. Tipicamente vengono utilizzate piattaforme hardware e software specifiche per il singolo use case, ma questo rappresenta una barriera all’adozione su larga scala di questi sistemi.

Nel caso delle applicazioni Soft Real Time, invece, l’evoluzione delle capacità di calcolo dei processori ha portato allo sviluppo di un’offerta dedicata per un’ampia gamma di use case che non richiedono l’esecuzione di un determinato task entro una specifica deadline, ma solo entro un frame temporale più o meno ampio (si veda la figura 1).

Hard Real Time e Soft Real Time richiedono requisiti diversi sia a livello di stack software (in particolare, a livello di Kernel del sistema operativo) sia a livello di risorse hardware.

Figura 1. Differenza tra applicazioni Hard e Soft Real Time: nelle applicazioni Hard Real Time, la mancata esecuzione di un task entro una deadline non è accettabile, poiché il rischio o danno è troppo elevato (ad esempio, perdita di vite umane); nelle applicazioni Soft Real Time, il ritardo nell’esecuzione comporta un deterioramento della prestazione o del servizio (ad esempio, interruzione del segnale audio, riduzione della qualità video)

Da applicazioni di nicchia ad applicazioni mainstream

I processori Intel Atom Serie x6000 offrono funzionalità adatte sia per applicazioni Soft Real Time che per applicazioni Hard Real Time, dal momento che permettono una gestione deterministica dei processi e delle funzioni di rete.

La gestione deterministica della rete avviene grazie al TSN (Time Sensitive Networking), uno standard sviluppato dal consorzio IEEE 802.1. Il TSN estende le funzionalità delle reti Ethernet, aggiungendo capacità di sincronizzazione e di gestione delle deadline mantenendo la compatibilità con l’infrastruttura esistente. Esistono diversi approcci e diverse soluzioni per affrontare il problema della sincronizzazione e della gestione temporale precisa dei task; dal momento che è uno standard, il TSN garantisce piena interoperabilità tra sistemi ed è indipendente dal fornitore, e rappresenta una soluzione ideale per integrare l’infrastruttura OT (Operational Technology) e quella IT (Information Technology). Tutti questi fattori hanno contribuito a una diffusione esponenziale del TSN, che sta favorendo la diffusione su larga scala di diverse applicazioni tipicamente di nicchia.

Figura 2. Una rappresentazione semplificata di un’architettura TSN che comunica con l’infrastruttura di rete tradizionale. Tra i suoi componenti troviamo degli endpoint che utilizzano o generano traffico di dati e degli switch che fungono da ponte con l’infrastruttura esistente. Altre componenti (non rappresentate) sono i CNC (Centralized Network Configurator), CUC (Centralized User Configuration) e servizi (sicurezza, gestione della rete, temporizzazione)

Un’altra interessante caratteristica dei processori Intel Atom Serie x6000 Series è che permettono il TCC (Time Coordinated Computing), utile per permettere al sistema di gestire il calcolo in tempo reale. Mentre il TSN agisce sull’infrastruttura di rete, il TCC interviene sulle componenti del sistema.

Integrando TSN e TCC è possibile ottenere sincronizzazioni deterministiche dell’ordine di 1 microsecondo sui dispositivi connessi in rete, permettendo la coesistenza sulla stessa infrastruttura del convenzionale traffico dati delle applicazioni IT con il traffico di rete OT per le applicazioni Real Time (come OPC UA, PROFINET, ecc.).

Un motore dedicato

Una caratteristica unica dei processori Intel Atom Serie x6000 è la presenza di un core specializzato, il PSE (Programmable Services Engine). Questa unità specializzata consente di scaricare i core principali dai processi dedicati alle applicazioni Real Time, gestendo contemporaneamente interfacce di rete generiche e industriali, come Ethernet, CAN-FD, ADC, PWM, QEP, GPIO/TGPIO e UART.

Grazie a queste interfacce e alla capacità di gestione indipendente dei core si generano nuove opportunità applicative che vanno oltre il Real Time. Ad esempio, questi sistemi possono abilitare applicazioni di sensor fusion, in cui i dati di diversi sensori vengono combinati per generare una rappresentazione univoca e più accurata rispetto a quella dei singoli sensori.

Sviluppare sistemi in modo più efficiente

Eurotech ha di recente presentato il modulo CPU-161-19, basato sullo standard COM Express Type 6 e su processori Intel Atom Serie x6000.

Progettato per applicazioni fanless e adatto a operare in condizioni ambientali difficili dove l’affidabilità delle prestazioni nel lungo periodo è un requisito fondamentale, il modulo CPU-161-19 presenta fino a 4 core e 32 unità di esecuzione grafica, oltre a una memoria RAM ECC in-band. Le componenti saldate direttamente sulla scheda permettono di raggiungere massimi livelli di affidabilità delle prestazioni, resistendo a condizioni di shock e vibrazioni, e consentono una migliore dispersione del calore, utile a raggiungere temperature operative che vanno da -40 a +85°C, mantenendo un design completamente fanless.

Sia la CPU che la GPU integrata nel modulo garantiscono prestazioni nettamente superiori alla precedente generazione di processori Intel Atom, mantenendo un TDP di 12W o inferiore.

Il modulo CPU-161-19 sfrutta al massimo le potenzialità del motore PSE (Programmable Service Engine), che può essere utilizzato per gestire un gran numero di interfacce industriali native tra cui porte Ethernet, ADC, GPIO, UART e CAN-FD.

La combinazione del motore indipendente PSE con le funzionalità TSN e TCC permette l’esecuzione di applicazioni Real Time su sistemi che rimangono compatibili con le già esistenti infrastrutture Ethernet.

Essendo completamente conforme allo standard COM Express, il modulo rappresenta un evoluzione ottimale per i sistemi con carrier board compatibile con il formato Type 6, e in particolare per tutte le applicazioni fanless dove sono richiesti range di temperatura operativa estesi, affidabilità delle prestazioni e resistenza a shock e vibrazioni.

Il modulo CPU-161-19 presenta due versioni: una standard, compatibile al 100% con il formato COM Express Type 6, e una versione proprietaria personalizzabile. Quest’ultima presenta delle interfacce aggiuntive che possono essere configurate in base alle esigenze dell’applicazione.

E c'è di più...

I processori Intel Atom Serie x6000 hanno un numero di interfacce maggiore rispetto a quelle gestite dallo standard COM Express. Per esempio, mentre il pinout del formato COM Express Type 6 consente solo una porta Ethernet, la nuova generazione di processori porta questo numero a tre. Un altro esempio è dato dalle interfacce industriali, che possono mancare nella versione standard (ADC, trasduttori di posizione angolare, ecc.) o essere limitate nel numero e nelle capacità (UART).

Dare accesso a queste interfacce porta considerevoli benefici, tra cui la possibilità di semplificare il design di sistemi embedded, BOM più snelle e la possibilità di ridurre i costi e il time to market, con un minor consumo di energia, una migliore dispersione termica, sviluppo del software più semplice e la possibilità di usufruire di un miglior servizio di supporto.

La versione proprietaria del modulo CPU-161-19 è ideale per le nuove generazioni di carrier board e offre un ottimo upgrade per i sistemi Type 6 basati su Intel Atom: sfruttando le interfacce aggiuntive, l’upgrade del sistema risulta più semplice, dal momento che non è necessario installare dispositivi aggiuntivi.

Non solo hardware…

Le caratteristiche offerte dalla piattaforma hardware di Eurotech sono sicuramente all’avanguardia per lo sviluppo di sistemi embedded innovativi. Tuttavia, il supporto software e la possibilità di customizzazioni sono altrettanto essenziali per assicurare un lungo ciclo di vita al prodotto.

Il modulo CPU-161-19 è garantito 15 anni, un periodo estensibile grazie ai Professional Service di Eurotech, che includono anche personalizzazione del BIOS, progettazione della carrier board, sviluppo e messa in produzione del sistema. Tra i sistemi operativi supportati troviamo Everyware Linux (Yocto) e Windows 10 IoT Enterprise.

Eurotech è in grado di aggiungere funzionalità IoT al sistema: grazie a Everyware Software Framework (ESF) è possibile infatti sviluppare applicazioni di Edge Computing e consentire il controllo da remoto del dispositivo, grazie alla connettività con diversi servizi Cloud. ESF fornisce tutte le feature di sicurezza necessarie per una gestione di dati e dispositivi ottimale.

Download

mail
richiesta informazioni
* campi obbligatori
Letta e compresa l'informativa sulla privacy *
Consenso a ricevere e-mail di marketing * - leggi
Vorremmo condividere con te le nostre comunicazioni di marketing. Rimani aggiornato sugli ultimi prodotti, eventi e newsletter di Eurotech dando il tuo consenso a ricevere le nostre e-mail di marketing. Se vuoi sapere di più su come gestiamo i tuoi dati e su come aggiornare le tue preferenze di iscrizione, consulta la nostra Informativa sul Trattamento dei Dati Personali
Premi “INVIA” per confermare i dati e inviare la richiesta. Premi “ANNULLA” per resettare i campi
Questo sito o gli strumenti terzi da questo utilizzati si avvalgono di cookie necessari al funzionamento ed utili alle finalità illustrate nella cookie policy. Se vuoi saperne di più o negare il consenso a tutti o ad alcuni cookie, consulta la
cookie policy
Chiudendo questo banner, scorrendo questa pagina, cliccando su un link o proseguendo la navigazione in altra maniera, acconsenti all’uso dei cookie.
accetto