ULP-COM: ARM für mobile Apps

Die ARM-Technologie wird, bedingt durch die jüngsten Entwicklungen bei Tablet-Computern und Smartphones auf dem Consumer-Markt, immer leistungsfähiger. Multicore-Technologie mit Taktraten jenseits von 1 GHz, Videoaufnahmen in Full HD (1080 p) mit En- und Decodierung sowie die Bildbearbeitung von integrierten Kameras, die mehrere Megapixel Auflösung liefern, zählen mittlerweile zum Standard-Leistungsspektrum. Damit bieten sie ein Performanceniveau, das bis an das der PC-Technik heranreicht. Und das bei einem Leistungsbedarf von nur durchschnittlich 1…3 W. Damit werden ARM-basierte Lösungen, die auf hochintegrierten SoCs angeboten werden, auch für Embedded Applikationen jenseits tief eingebetteter Systeme interessant und eröffnen für ARM-Prozessoren gänzlich neue Applikationsfelder im Bereich der mobilen bzw. ultra low power Appliances.

Die einfachste Migration von x86er auf ARM: Kontrons erstes Pico-ITX Motherboard der ARM-Klasse ist mit dem 1 GHz NVIDIA Tegra 2 Dual-Core-Prozessor bestückt und hat bei komplett passivem Kühlkonzept eine Verlustleistung von nur 3 W.Kontron

ARM-Prozessoren erfordern individuelle Designs?

Zum einen gab es bis dato keinen herstellerübergreifenden Formfaktor-Standard der als Basis für die Entwicklung eigener Geräte dienen konnte und zum zweiten erschwert die hohe Diversifikation der ARM-SoCs ein effizientes Re-Use bestehender Designs. So weisen ARM System on Chips (SoC) – anders als die x86er Technologie – traditionell keine vereinheitlichte, generische Schnittstellenausstattung auf. Vielmehr binden ARM-SoCs nahezu alle benötigten Subsysteme und Interface-Controller wie beispielsweise Kamera-Subsysteme für Videosensoren, CAN-Bus, GPIO etc. bedarfsgerecht direkt in das Chipdesign mit ein. Dadurch wird der Footprint zwar besonders kompakt bei einem hohen Leistung-pro-Watt-Verhältnis, aber die einzelnen ARM-SoCs sind damit komplexer einzubinden, denn Standardboards waren bislang für solche Lösungen nicht vorhanden. OEMs waren folglich stets auf Full-Custom-Designs angewiesen. Ideal wäre es jedoch, wenn OEMs die ARM-basierten Lösungen als standardbasierte Application Ready Platform erhalten würden.

Der ULP-COM- Standard für ARM- und SoC-basierte Computer-on- Modules spezifiziert zwei Formfaktoren und bietet einen besonders flach bauenden MXM 3.0 Edge-Card Connector mit 314 Pins.Kontron

Standard-Formfaktoren gehen auch

Doch die Zeiten ändern sich, denn die ARM-Prozessoren reichen in der neuen Auslegung auch an das Anwendungsfeld der x86er-Technologie heran, die sich durch standardisierte Formfaktoren auszeichnet, die als COTS-Komponenten eingekauft werden können. Und in der Tat: Für viele Applikationen, die auf den neuen ARM-Plattformen umgesetzt werden sollen, passt häufig schon ein Standard-SFF-Motherboard wie Mini-ITX oder Pico-ITX. Kommt die Applikation mit den generischen Standardschnittstellen wie DVI- oder HDMI-Grafikausgang, USB und Ethernet aus, so sind sie die kostengünstigste Alternative. Sie bieten zudem ein bereits etabliertes Ökosystem an Netzteilen und Gehäusen und können sogar durch einen einfachen Tausch in bereits bestehende Designs integriert werden. Damit hat Kontron die ARM-Technologie quasi in das Reich der x86er Embedded Motherboards integriert und bietet seinen Kunden eine hohe Skalierbarkeit von SFF Standard-Formfaktoren über alle Prozessorplattformen hinweg. So können OEMs ihre Applikationen leicht zwischen RISC- und CISC-Architekturen portieren und erhalten jeweils die beste Plattform um Anwendungen zu erschließen, die bisher nicht möglich waren.

ULP-COM-Standard für Custom-Designs

Und was ist mit den Applikationen, die mit den Standard-Formfaktoren nicht bedient werden können? Für diese hat Kontron auf der SPS/IPC/Drives 2011 einen neuen Computer-on-Module-Standard bekannt gegeben, der speziell auf ARM- und SoC-basierte Applikationen zugeschnitten ist. Auf der embedded world 2012 wurde diesem neuen Modulstandard für Ultra Low-Power ARM- und SoC-Prozessoren nun auch ein Name gegeben: ULP-COM. Zudem wurde angekündigt, dass dieser Standard in das aktuell in Gründung befindliche Embedded-Standardisierungsgremium SGET als Vorschlag eingebracht wird, mit dem Ziel, eine Second Source und unabhängige Weiterentwicklung des ULP-COM-Standards zu erreichen. Neben der Firma Adlink, die schon heute als unterstützendes Unternehmen für den ULP-COM-Standard feststeht, sind bereits weitere Anbieter im intensiven Kontakt mit Kontron.

Der ULP-COM-Standard hat einen extrem flach bauenden Formfaktor und ist auch für Kontrons kommende ultra low-power off-the-shelf Plattformen gemacht, wie beispielsweise embedded Handheld-Geräte, robuste Tablets sowie Box-PCs und HMIs. Damit erweitert Kontron das COM-Prinzip auf RISC-Architekturen mit skalierbaren, modularen und direkt einsatzfertigen Lösungen, und füllt mit dem neuen Standard die Lücke zwischen proprietären industriellen Angeboten und Angeboten vom Consumer-Markt, die nicht langzeitverfügbar sind und für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen geeignet sind.

Auf die ARM-Anforderungen ausgelegt

Der ULP-COM-Standard basiert auf dem MXM 3.0 Steckverbinder mit 314 Pins und einer Bauhöhe von lediglich 4,3 mm und ermöglicht so robuste und flach bauende Designs. Zwei unterschiedliche Modulgrößen sind definiert, um eine hohe Flexibilität hinsichtlich der verschiedenen mechanischen Anforderungen zu bieten: Ein Short-Modul mit 82 x 50 mm sowie ein Full-Size-Modul mit 82 x 80 mm. Zudem integriert der neue COM-Standard speziell die für ARM- und SoC-Prozessor basierte Applikationen relevanten Schnittstellen: So werden beispielsweise LVDS, 24-bit-RGB und HDMI und für zukünftige Designs embedded DisplayPort (eDP), unterstützt. Ebenso werden erstmals dedizierte Kameraschnittstellen in einen COM-Standard aufgenommen. Auch bei den weiteren Schnittstellen folgt der neue COM-Standard den Anforderungen hoch integrierter, mobiler Applikationen.

Vom Board zum full custom Design

Kontron wird diese funktionsvalidierten Module in Kombination mit seinen umfassenden Design-in-Services für die Entwicklung applikationsspezifischer Carrierboards anbieten. OEMs profitieren von Kontrons ULP-COM-Standard für ARM- und SoC-basierte Designs durch deutlich geringere Entwicklungszeit und -kosten, da die Kernkomponente „ARM-SoC“ bereits fix und fertig implementiert ist, und nur noch die weniger komplexe Peripherie eindesignt werden muss. Darüber hinaus haben Kunden auch die Möglichkeit, kosten- und zeiteffizient aus dem COM-Design eine full-custom-Lösung erstellen zu lassen, die nochmals höher integriert und individueller ist.

Die richtige Wahl bei Hard- und Software

Aber die Hardwareentwicklung alleine ist nicht alles. Um OEMs wirklich zu entlasten ist es auch wichtig, die Softwareseite nicht zu vernachlässigen. Denn auch wenn plattformübergreifende Betriebssysteme zunehmen werden, wie beispielsweise Linux, QNX, VxWorks oder das kommende Windows 8, lassen sich x86er-Applikationen nicht ohne weiteres auf ARM portieren. Embedded-Hersteller wie Kontron bieten dafür umfangreiche Services an, die von Treiberentwicklungen und OS-Code-Anpassungen bis hin zu umfassenden Applikations-Portierungs- und Validierungs-Services sowie HW/SW-Bundles einschließlich der Stückzahllizenzen reichen. OEMs erhalten damit die für sie ideale Lösung als „Application Ready Platform“, die bei Bedarf auch bereits zertifiziert ist, so dass sie sich voll auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren können: die Applikationsentwicklung. Und da Kontron sowohl x86er wie auch jetzt ARM-Technologie anbietet, können man sicher sein, immer die beste Technologieplattform zu erhalten, ganz ohne philosophische Vorbehalte.

(jj)