Die „echte“ Kompatibilität

Die herstellerübergreifende Austauschbarkeit von COM-Express-Modulen wird Realität. Die Grundlagen schafft die PICMG mit einem Designguide für COM-Express-Carrierboards.

Die herstellerübergreifende Austauschbarkeit von COM-Express-Modulen wird Realität. Die Grundlagen schafft die PICMG mit einem Designguide für COM-Express-Carrierboards.

Mit COM-Express wurde der weltweit erste offizielle Standard für Computer-On-Modules (COM) definiert. Entwickler, die Computer-On-Modules in ihre individuellen Embedded-Trägerplatinen (Carrier- oder alternativ Baseboards) implementieren wollen, brauchen dazu Anleitungen für den Aufbau der Carrierboards, kurz: Designguides. Sie geben den Entwicklern Anregungen, wie sie das Layout ihres Carrierboards am besten entwickeln. Das Problem: Etliche COM-Hersteller haben Carrierboard-Designguides entwickelt und teilweise proprietäre Lösungsvorschläge eingearbeitet. Die vielen individuellen Lösungsansätze haben die Anwender verunsichert:

  • Welcher Designguide ist der Richtige?
  • Mit welchem Designguide kann ich ein skalierbares Embedded-System entwickeln, das mich unabhängig vom COM-Lieferanten macht?

Das im September 2006 gegründete Sub-Komitee „COM-Express Designguide“ der PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) hat sich mit diesem Problem befasst und plant zur Embeddded World, den ersten Entwurf eines Designguide für Carrierboards vorzustellen. Die Spezifikation wird die verschiedenen herstellerspezifischen Designguides auf einen offiziellen PICMG-Designguide mit abgestimmtem Sprachgebrauch und Layoutvorgaben herunterbrechen.

Die Verabschiedung des Designguide wird gleichzeitig der Startschuss für weitere PICMG-Subkomitees sein, um den COM-Express-Standard COM.0 weiterzuentwickeln, und so die hersteller-übergreifende Austauschbarkeit der Module auch für neuere Technologien sicherzu stellen. Der Designguide wird voraussichtlich auch das erste offizielle Dokument sein, das die PICMG kostenlos zur Verfügung stellt. Die offizielle und kostenpflichtige COM.0-Spezifikation wird dadurch allerdings nicht überflüssig.

Blaupause für Carrierboards

Inhaltlich ist der PICMG-Designguide die Zusammenfassung von „guten Design-Grundsätzen“ für Computerboards und den ausgeführten Schnittstellen gemäß der PICMG-COM.0-Spezifikation sowie der sich daraus ergebenden Logik für das Zusammenspiel aller Schnittstellen. Beispielsweise wird darauf hingewiesen, dass ein „Zero-Delay-Buffer“ für PCI-Express auf dem Carrierboard implementiert werden muss oder wie eine „Wake-on-LANSchaltung“ zu integrieren ist. Dass das Zusammenspiel zwischen COM und Carrierboard auch eine Design-Herausforderung darstellt, zeigt die Notwendigkeit, das Power-Sequencing (An- und Abschaltvorschriften beim Booten oder beim Reset eines Boards) zu definieren. Der Designguide beschreibt, in welcher Reihenfolge die verschiedenen Spannungen eingeschaltet werden müssen. Dabei sind spezifische Features so auszuführen, dass beim Wechsel eines COM-Boards alle potenziellen Fehlfunktionen, zum Beispiel die Rückkopplung von Pull-Up-Widerständen, ausgeschlossen werden.

Weitere Bestandteile des Designguide sind Festlegungen zu den aktuellen seriellen Schnittstellen wie PCI-Express und SATA sowie dem Aufbau des Carrierboard-Layer-Stack oder Richtlinien für das Verlegen der Leiterbahnen auf dem Carrierboard (Trackrouting). Gerade die Leitungsführung ist häufig die Ursache für spätere Fehlfunktionen im Betrieb, die eine entsprechende Anleitung vermeidet.

Bei der Erstellung des PICMG-Designguide zeigte sich, dass in der COM-Express-Spezifikation einige Angaben fehlen beziehungsweise weich formuliert sind (s.a. Computer&AUTOMATION 2007, H. 9, S. 62ff.). Darüber hinaus verlangen viele Applikationen noch sogenannte Legacy-Funktionen, welche die COM.0-Spezifikation nicht mehr unterstützt: beispielsweise serielle Schnittstellen wie die RS232. Solche Funktionen sind auf dem Carrierboard mittels Super-I/O-Chip und LPC-Bus (LPC: Low Pin Count) vergleichsweise einfach umzusetzen, setzen aber einen entsprechenden BIOS-Support auf dem COM-Board voraus. Der Knackpunkt: Diese Festlegungen betreffen die existierende COM.0-Spezifikation. Deshalb wird momentan innerhalb der PICMG diskutiert, ob solche Design-Informationen überhaupt in den Designguide einfließen dürfen. Die Draft-Editoren des Designguide halten dies für notwendig, da ohne diese Definition in vielen Applikationen eine Austauschbarkeit der COM-Boards nicht gegeben ist. Diesen Vorschlag sowie weitere Anforderungen an die Erweiterung beziehungsweise Ergänzung des COM-Express-Standards werden der PICMG als Vorschlag zur Standardisierung vorgelegt. Das betrifft unter anderem:

  • die Definition der Powerdistribution zum Carrierboard, um vorzeitig anliegende Spannungen zu verhindern,
  • die Vermeidung von Adresskonflikten am I²C- und System-Management-Bus,
  • die Vereinheitlichung von Signalnamen sowie
  • eine Anpassung der maximalen Leiterbahnlängen bei schnellen seriellen Schnittstellen an die Spezifikation aktueller Chipsätze.