Trotz der Maße von nur 10 x 10 cm² schafft es QSys, zwei Full-HD-Monitore anzusteuern.

Trotz der Maße von nur 10 x 10 cm² schafft es QSys, zwei Full-HD-Monitore anzusteuern.TQ-Systems

Mit der Atom-Plattform „Bay Trail“, die Intel im Oktober 2013 offiziell vorgestellt hat, nutzen die Kalifornier erstmals ihre Tri-Gate 3D genannte 22-nm-Prozesstechnologie auch im Ultra-Low-Power-Segment. Die neuen Atom-CPUs sind dadurch um ein Vielfaches leistungsfähiger und dennoch sparsamer als die Vorgängerversionen. Als Single-Chip integrieren sie bis zu vier CPU-Rechnerkerne, großzügigen L1/L2-Cache und einen 64-Bit-DDR3L-Speichercontroller sowie alle weiteren Controller wie HD-Grafik, USB 2.0, USB 3.0, SATA II, PCIe Gen2, HD-Audio, I2C, SPI, eine Security-Engine. Selbst ein Image-Coprozessor befindet sich im Silizium, sodass auch diese Einheiten von der neuesten Technologie profitieren. Damit ist das Gesamtpaket in Bezug auf Platzbedarf und Leistungsverbrauch extrem schlank ausgelegt. Alle Komponenten sind nun aus einem Guss und optimal aufeinander abgestimmt. Flaschenhälse wie externe Chip-to-Chip-Verbindungen sind damit eliminiert, was ein großes Plus an Performance und Effizienz mit sich bringt.

Dual-, Triple- und Penta-Core

Intel bietet mit der für den erweiterten Temperaturbereich qualifizierten E3800-Familie ein Leistungsspektrum von der 1,46 GHz schnellen Single-Core-Ausführung bis zu einer knapp mit 2 GHz getakteten Quad-Core-Variante. Damit erreicht die Familie eine Performance-Skalierbarkeit bis zum Sechsfachen der Einstiegsvariante. Nachdem sich Intel entschlossen hat, die aus der Intel-Core-Familie stammende Gen-7-HD-Graphics-Engine auch in der Atom-Familie einzusetzen, ist der integrierte Grafik-Controller so leistungsfähig geworden, dass man ihn als zusätzlichen Core rechnen dürfte. Die ARM-Welt spricht schon seit Jahren zum Teil von Dual-Core-CPUs, wenn diese nur einen Rechnerkern und einen Grafik-Controller enthalten.

Auf einen Blick

Intels neuer Atom E3800 bringt enorme Leistung in die Embedded-Welt, inklusive HD-Grafik. TQ hat bei seiner Embedded-Plattform QSys noch Security- und Recovery-Funktionen ergänzt sowie umfangreiche Netzwerk- und Audio-Features integriert.

Ungeachtet der Bezeichnung lohnt sich der Blick auf die Leistungsdaten der Grafik: Um die Verlustleistung zu senken, hat Intel zwar die Anzahl der Execution-Units und die Taktfrequenz gegenüber den Core-Prozessoren etwas reduziert, erreicht damit aber ein Vielfaches der bisher aus der Atom-Klasse bekannten Grafikleistung. Zwei Bildschirme in Full-HD-Auflösung (1920 x 1080 Pixel) mit zwei unterschiedlichen Bildinhalten meistert die Intel-Gen-7-HD-Graphics-Engine des E3800 mühelos. Bei Single-Display-Anwendungen schafft sie sogar Auflösungen bis zu 2560 x 1600 @ 60 Hz (24 Bit/Pixel). Unterstützt wird der Grafik-Prozessor dabei von MPEG-Encoding- und -Decoding-Engines, die gleichzeitig mehrere Streams in dedizierter Hardware verarbeiten. Der Prozessor verarbeitet damit Videodaten mit hoher Performance und geringem Leistungsverbrauch, ohne die CPU zu belasten, sodass sich die Rechenkerne auf ihre eigentlichen Aufgaben konzentrieren können.

Als Grafikschnittstellen bietet der Prozessor außer VGA auch moderne digitale Schnittstellen wie HDMI, Displayport (inklusive Audio-Übertragung) sowie Embedded-Displayport (eDP), die jedoch nicht alle gleichzeitig genutzt werden können. Für die Anbindung von LVDS-Displays kommt eine eDP-to-LVDS-Bridge zum Einsatz.

Die QSys-Embedded-Plattform ergänzt den E3800-Prozessor um eine Reihe nützlicher Funktionen.

Die QSys-Embedded-Plattform ergänzt den E3800-Prozessor um eine Reihe nützlicher Funktionen.TQ-Systems

Embedded-Markt in Bewegung

Begeistert von den neuen Errungenschaften werden viele Embedded-Hersteller auch auf Systemebene aktiv. TQ geht mit einer ersten Embedded-Systemlösung an den Start: Das QSys genannte Komplettpaket ist sogar für den erweiterten Temperaturbereich spezifiziert. Als eine in vielen Bereichen etablierte und zukunftssichere Grafikschnittstelle für externe Displays setzt die TQ-Embedded-Lösung auf Displayport. Dieser ist robust und platzsparend und bietet gegenüber HDMI-Anschlüssen den Vorteil der mechanischen Verriegelbarkeit. Darüber hinaus ist Displayport im Gegensatz zu HDMI frei von jeglichen Lizenzbestimmungen und -kosten.

Zur direkten Ansteuerung von internen Displays stellt QSys ein LVDS-Interface mit 18/24 Bit Auflösung in Single- oder Dual-Channel-Konfiguration zur Verfügung. Um die Anbindung des Displays zu erleichtern und dadurch Kosten einzusparen, hat TQ ebenfalls Anschlüsse zur direkten Versorgung und Steuerung des Display-Backlights vorgesehen. So ist es möglich, 5-V- sowie auch 12-V-Backlights mit jeweils auf die Spezifikation des Displays abgestimmtem Powersequencing anzusteuern und zudem die Helligkeit über PWM zu regeln. Display-Parameter und Timing-Daten können elegant gemäß DDC/EDID-VESA-Standard im integrierten EEPROM abgespeichert werden.

Kommunikation mit dem Anwender

Sprachausgaben und akustische Warnmeldungen benötigen nicht nur grundsätzliche Audiofunktionalität. QSys bringt einen integrierten Audioverstärker mit, mit dem sich Lautsprecher direkt ansteuern lassen. Das erleichtert dem Hersteller von HMIs und POI/POS-Anwendungen die Audio-Integration. Zudem stehen Headphone/Line-Out sowie ein Stereo-Mikrofoneingang zur Verfügung. Damit diese auch intern eingebaute Mikrofone aufnehmen können, sind die Signale auf interne Steckverbinder geführt. Ergänzt wird dies durch interne USB-Anschlüsse zur Anbindung von Touch und einer integrierten USB-Kamera, sodass eine echte Interaktion mit dem Anwender möglich ist.

Für den schnellen Datenaustausch per Kabel gibt es Gigabit-Ethernet und USB 3.0, dazu einen eSATA-Anschluss für externe Speichermedien, der vor allem beim Einspielen von Daten und Images kostbare Zeit sparen kann. Da diese Schnittstelle als Kombibuchse mit einem zusätzlichen USB 2.0 ausgestattet ist, hat der Anwender hier höchste Flexibilität. Außerdem ist die Spannungsversorgung nach extern gleich inklusive.

Für die Anbindung an Funknetze wie UMTS, HSPA und LTE, GSM, GPRS, WLAN und Bluetooth stehen zwei Mini-PCIe-Steckplätze jeweils mit PCIe- und USB-Support zur Verfügung. Gepaart mit den von TQ eingebauten Sicherheitsfeatures ist eine Einbindung des Systems in eine kabellose Infrastruktur lokal sowie global spielend zu meistern. Nicht selten nutzen solchen Applikationen WLAN, Bluetooth, HSPA/LTE und GPS (zur Ortsbestimmung) gleichzeitig.

Rundum sicher

Die Einbindung in Netzwerke, sei es lokal oder global, stellt Administratoren und Anwender oft vor sicherheitsrelevante Herausforderungen. Das ist schon lange so, wird jedoch aus aktuellem Anlass und einem höheren Sicherheitsbewusstsein nun immer ernster genommen. Zudem werden auch die Themen Datensicherheit, Zugriffsschutz und Know-how-Schutz zunehmend brisanter. TQ stellt hierfür gleich mehrere Hardware-Sicherheits-Features zur Verfügung.

TQ stattet seine QSys-Plattform optional mit Sicherheits-ICs aus, die wahlweise TPM 1.2 oder 2.0 implementieren.

TQ stattet seine QSys-Plattform optional mit Sicherheits-ICs aus, die wahlweise TPM 1.2 oder 2.0 implementieren.Infineon

Für Secure Boot, das beispielsweise eingesetzt wird, um das System vor dem Booten mit schädlicher Fremdsoftware zu schützen, ist ein TPM nötig (Trusted Platform Module), das TQ hardwareseitig allumfassend unterstützt. Für TPM 1.2 kann der im Markt seit Jahren etablierte SLB9635 oder der neu auf den Markt gekommene SLB9660 von Infineon bestückt werden. Selbst den brandneuen TPM-2.0-Standard kann QSys durch den Einsatz des SLB9665 bereits heute unterstützen.

Tunnel-Lösung

Für sichere Kommunikation sind VPN-Tunnel ein beliebter Ansatz. Viele Designs verwenden hierzu einen externen USB-Dongle, was jedoch gerade bei Embedded-Designs oder bei Systemen, die frei zugänglich sind, kritisch oder gar unmöglich ist. TQ hat für diese Anwendungen bereits einen USB-Dongle-Chip von Safenet als gelötete Version im Design vorgesehen. Somit sind unter anderem auch alle Security-Softwarepakete der Safenet einsetzbar.

Unternehmen, die sehr viel Know-how und Geld in die Entwicklung ihrer Software stecken, wollen diese vor Diebstahl und widerrechtlicher Verwendung auf anderen Systemen schützen. Zur Ablage von Lizenzschlüsseln, Authentifizierungscodes und ähnlichem stellt TQ bei QSys ein 32 KByte großes High-Security-EEPROM mit AES-128-Verschlüsselung bereit. Das schützt die Investition, sei es softwareseitig oder im Design und der Funktion des Gesamtsystems.

Speicher inklusive Recovery-Features

Flash-Speichermedien sind in kompakten und robusten Designs heute Standard. Um möglichst große Flexibilität bezüglich Speichergröße und Flash-Technologie (Single-Level- oder Multi-Level-Cell) sowie eine preisgünstige Realisierung anzubieten, ist bei QSys ein mSATA-Steckplatz mit hoher Datenübertragungsrate per SATA vorgesehen. Zusätzlich steht ein 4 GByte großer gelöteter Flash-Speicher zur Verfügung. Dieser kann beispielsweise ein Recovery-Image sowie die dazugehörigen Tools aufnehmen. Somit ist auch bei Systemen, die gegebenenfalls nicht an ein Netzwerk angebunden und mit externen Speichermedien wie USB-Sticks nur sehr schwer zugänglich sind, ein Recovery direkt vor Ort möglich. Da dieses Recovery-Image direkt dem Gerät zugeordnet ist, besteht keine Gefahr, USB-Recovery-Sticks zu vergessen, zu verwechseln oder zu verlieren.

Bei der Leistungsfähigkeit und den Features von QSys könnte man ein relativ großes Board erwarten. Durch die extrem kleine Bauform des Intel Atom E3800 sowie die geschickte Integration der Zusatzfunktionen bringt es QSys aber auf eine kompakte Bauform von lediglich 10 x 10 cm² und eine maximale Höhe von 2,5 cm inklusive der kompletten Kühlanbindung. Damit steht der Integration in jegliche Art von kompakten Box-PCs, flachen HMIs oder POS/POI-Anwendungen nichts im Wege.

Kleiner Chip ganz groß

Wie die Embedded-Lösung QSys von TQ als Beispiel zeigt, können mit Intels neuen Atom-Prozessoren der E3800-Familie extrem schlanke Lösungen aufgebaut werden, selbst dann, wenn man bezüglich Rechen- und Grafikleistung sowie bei Features und Schnittstellen keine Abstriche machen möchte.