Auf einen Blick

Für einfache generische Erweiterungen unterstützt SMARC den SPI-Bus, dem bereits die Nachfolge von LPC zugetraut wird. SPI steht für Serial Peripheral Interface. Über diesen seriellen, synchronen Datenbus können gleichzeitig Daten gesendet und empfangen werden (vollduplex). An einen Master lassen sich gleichzeitig mehrere Slaves anbinden. Im Vergleich zu ähnlichen seriellen Datenbussen wie LPC-, I²C- oder SM-Bus bietet er höhere Transferraten. Die maximale Taktrate ist nicht limitiert, sodass SPI auch für kommende Entwicklungen genügend Potenzial bieten dürfte. Dank der einfachen Interfacelogik ist der SPI-Bus sehr energieeffizient. Es gibt zudem bereits zahlreiche Peripheriekomponenten: So lassen sich über SPI etwa Flash-Speicher ebenso wie verschiedene GPS-, Gyroskop- oder Temperatur-Funktionen einfach integrieren. Auch Mikrocontroller für beispielsweise Signalmixer, Touchscreens, CAN-Bus, Bluetooth und/oder WLAN sowie Verstärkerschaltungen sind mit SPI-Bus verfügbar.

Die Antwort ist vergleichsweise simpel: SMARC folgt eigentlich nur der kontinuierlichen Vereinheitlichung der x86- und ARM-Prozessortechnologie. Diese rührt daher, dass beide Prozessorwelten im Bereich der energiesparenden mobilen Handheld-Geräte zum Einsatz kommen und damit für dieses Anwendungsfeld ein zunehmend harmonisiertes Funktions- und Schnittstellenangebot bieten. Die ARM-Prozessortechnologie bewegt sich dabei hin zu mehr generischen Erweiterungsoptionen und die x86er Technologie mehr in Richtung dedizierter Funktionen für mobile Handheld-Geräte. Hatte der Prozessor im Raspberry Pi beispielsweise nur USB als klassisches PC-Interface, so bieten Freescale oder TI nun auch ARM-Prozessoren in der Ultra-lowpower-Klasse mit USB und PCI Express an. Und die Intel-Atom-Prozessoren der E3800-Serie bieten nun erstmals attraktive Kamerainterfaces oder das generische Serial Peripheral Interface (SPI). Die Prozessordesigns rund um die mobilen Handheld-Geräte harmonisieren sich also zunehmend, was wiederum einen neuen Computer-on-Module-Formfaktor für eben diese Performanceklasse legitimiert. Und genau diese Interfaces vereint SMARC.

Das neue ultra-lowpower SMARC-Computer-on-Module mit Intel-Atom-Prozessoren der E3800-Serie.

Das neue ultra-lowpower SMARC-Computer-on-Module mit Intel-Atom-Prozessoren der E3800-Serie. Kontron

SMARC ist der einzige Computer-on-Module-Formfaktor, der beide Prozessorwelten integriert und dabei über alle Lösungen hinweg in einem harmonisierten Featureset mit beispielsweise einheitlichen Kamera- und SP-Interfaces anbietet (siehe Kastentexte). Bei konkurrierenden Lösungen ist das weniger der Fall: Qseven etwa reduziert die Mindestanforderungen für die Integration von ARM, was letztlich ein Nachteil für Entwickler sein kann, die auf das bislang geltende Mindest-Featureset gebaut haben.

Ausreichend Spielraum für Vielfältigkeit

SMARC wurde von Anfang an harmonisch entworfen, ohne Kompromisse bei den Features. Voraussetzung ist jedoch ausreichend Spielraum für Vielfältigkeit. Von Seiten des Steckverbinders baut SMARC auf den MXM-3.0-Steckverbinder mit 314 Pins. Im Vergleich zum Qseven-Standard beispielsweise mit 230 Pins ist das knapp ein Drittel mehr, sodass SMARC eine deutlich größere Anzahl an Interfaces standardisiert ausführen kann. Dass dies ein deutlicher Pluspunkt ist, zeigt ein genauerer Blick auf die am Markt verfügbaren Wettbewerbsmodule: Hier ist zu beobachten, dass zunehmend weitere Onboard-Steckverbinder auf die Module aufgebracht werden. Modulhersteller versuchen so, zusätzliche Funktionen nach außen zu führen. Diese Interfaces sind jedoch nicht genormt. Nachteil: Der Standard weicht auf und die Module sind zunehmend schwieriger austauschbar.

Kontinuität bewahren

Das ist auch ein Grund, warum man COM-Express-Module nicht verbiegen sollte: Sie haben ein festgelegtes Featureset und Revisionen sind nur legitim, wenn sich eine gesamte Prozessorwelt derart ändert, dass bisherige Lösungen überhaupt nicht mehr gefragt sind. Zuallererst aber haben bestehende Standards die Aufgabe, auch bei Veränderungen weiterhin einmal definierte Featuresets und damit die dazu passenden Applikationen zu unterstützen. Denn nur so können sie das Langzeitverfügbarkeitsversprechen auch wirklich einhalten. ETX hat dies übrigens bereits vorgemacht: Dieser Standard ist auch heute noch unverändert mit PCI und ISA verfügbar. Und so wird es mit COM-Express-Modulen auch sein. Sie werden den weiterhin bestehenden großen Markt der „klassischen“ x86-Designs bedienen und dies mit einer großen Bandbreite an Modulen von COM Express Basic über COM Express Compact bis hin zu COM Express mini. Den neuen Intel-Atom-Prozessor der E3800-Serie gibt es bei Kontron bereits auf drei Formfaktoren: COM Express mini, COM Express compact und jetzt SMARC.

Neue Wege gehen

Diese Konstanz starker Standards hatte übrigens auch in den dafür zuständigen Standardisierungsgremien Auswirkungen und führte zur Gründung der SGET als neuem Standardisierungsgremium, welches nun den SMARC-Formfaktor herstellerunabhängig verwaltet und weiterentwickelt. Wer Bestehendes bewahren will, muss also für Neues auch neue Wege gehen. Im Grunde folgt SMARC damit der Strategie von COM Express als Nachfolger von ETX. Auch damals hat man keine Kompromisse zugelassen und alternative Entwürfe wie XTX, die sich genau in die Mitte von COM Express und ETX positionierten, haben nie eine mit COM Express vergleichbare Marktbedeutung erlangt. Und auch SMARC positioniert sich heute kompromisslos als Formfaktor-Standard für scheckkartengroße Module, die in hoch energieeffizienten Lösungen mit freier Programmierbarkeit und leistungsfähiger Grafik zum Einsatz kommen und dabei dem neuen Featureset der mobilen Handheld-Geräte folgen.

Die neuen x86-SMARC-Computer-on-Modules

SMARC standardisiert Kameraschnittstelle

SMARC ist der erste Computer-on-Module-Standard mit standardisierter Kameraschnittstelle. Die Module bieten hierfür bis zu zwei Kameraschnittstellen nach dem MIPI-Standard für beispielsweise Camera Serial Interface (CSI), mit denen sich videobasierende Applikationen ohne zusätzliche Controllerbausteine umsetzen lassen. Auch die stereoskopische 3D-Erfassung ist damit möglich. Über die Videofunktionalität lassen sich innovative Features wie Zugangsberechtigungen über Gesichtserkennung oder betrachterspezifische Content-Bereitstellung ebenso realisieren wie eine berührungslose Bedienung mittels Gestensteuerung. Mit der 3D-Funktion lassen sich auch Sicherheitsapplikationen etwa in gefährlichen Bereichen durch Bewegungs- und Abstandsmessung umsetzen. Weitere Anwendungsfelder finden sich im Bereich Telehealth oder in der Videotelefonie sowie bei der Videounterstützung und -dokumentation im Bereich Service und Wartung.

Die neuen SMARC-sXBTi-Computer-on-Modules von Kontron bieten eine sehr gute Grafikleistung, hohe Prozessorperformance und x86-Kompatibilität auf extrem kleinem Footprint bei sehr geringer Leistungsaufnahme von 5 bis 10 Watt. Sowohl die flache Bauweise als auch das mobile Featureset sind auf extrem kleine, tragbare Handheld-Geräte abgestimmt. Einsetzbar sind die Module aber auch immer dann, wenn der Verbrauch bei nur wenigen Watt liegen darf, Rechen- und Grafikleistung aber hoch sein müssen. Die CoMs sind mit Intel-Atom-Prozessoren der E3800-Serie sowie bis zu 8 GByte RAM, optional mit ECC, bestückt. Sie unterstützen den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C, messen lediglich 82 mm x 50 mm und bauen mit Edge-Card-Konnektor besonders flach. Dennoch findet sich genügend Platz für eine bis zu 64 GByte große SSD onboard, um Betriebssystem und Applikationsdaten zu speichern.

Engelbert Hörmannsdorfer, Vorsitzender der SGET Standardization Group for Embedded Technologies e.V.

Engelbert Hörmannsdorfer, Vorsitzender der SGET Standardization Group for Embedded Technologies e.V.Kontron

Beim Pinout hervorzuheben sind unter anderem das mobile Featureset wie drei UARTs mit vollem Funktionsumfang auch für beispielsweise GPS sowie der Support des MIPI-konformen seriellen Kamerainterfaces (MIPI CSI = Mobile Industry Processor Interface Camera Serial Interface). Die leistungsstarke Intel-Gen-7-Graphics wird über HDMI 1.4 und LVDS (optional eDP) mit bis zu 2560 x 1600 Pixel und 60 Hz zum Display ausgeführt. Weitere Schnittstellen umfassen unter anderen einmal GbE LAN via Ethernet-Controller i210, einmal USB 3.0 und zweimal USB 2.0. Kundenspezifische Erweiterungen lassen sich über SPI, SDIO und drei PCIe-x1-Lanes mit 5GT/s implementieren. Kontron plant weitere SMARC-Computer-on-Modules auf Basis innovativer SoC-Plattformen wie dem Quark-SoC X1000 von Intel.

Was sagt die SGET zu diesem Launch?

Engelbert Hörmannsdorfer, Vorsitzender der SGET Standardization Group for Embedded Technologies e.V., begrüßt diesen Launch von Kontron außerordentlich: „Ich finde SMARC-Module mit Intel-Atom-Prozessoren sehr interessant und die SGET unterstützt ausdrücklich die Implementierung von x86-Prozessortechnologie auf SMARC-Computer-on-Modules. Als Standardisierungsgremium für neueste Embedded-Technologien haben wir seitens der Prozessortechnologien niemals eine Barriere aufgebaut. Im Gegenteil. Unser Ziel ist es nämlich, für alle diese neuen Prozessortechnologien eine technologische Standardisierung zu schaffen, die sie auch für Embedded-Applikationen attraktiv macht. Die SMARC-Spezifikation war deshalb von Anfang an dahingehend ausgelegt, beide Proessortechnologien zu integrieren. Nur darüber spechen konnte man vor dem Launch der passenden Prozessoren noch nicht.“