Embedded Computing
CoMs im Vergleich (Teil 2)
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Welches CoM-Format ist das Richtige für mich?
Drei Standards dominieren den Markt der CoMs im Wesentlichen (Bild 6) und decken alle Bedürfnisse und Anforderungen ab. Neben High-Performance-Anwendungen mit bis zu 116 W (Type 6/7; 58 W bei Type 10), die mit einem COM-Express-Modul einfach zu realisieren sind, lassen sich einfachere Anwendungen mit Low-Power-Modulen wie SMARC (bis 15 W) oder Qseven (bis 12 W) umsetzen.
Um die bestmögliche Lösung für den Kunden zu bieten, sind bereits in der Konzeptphase die Anforderungen genau zu bewerten, um auch langfristig alle notwendigen Schnittstellen gewährleisten zu können und auch hinsichtlich performanterer Prozessoren weiterhin die definierte Technologie nutzen zu können. Ist man beispielsweise bereits jetzt am oberen Ende der Schnittstellen oder der möglichen Performance eines SMARC- oder Qseven-Moduls angelangt, ist besser eine COM-Express-Lösung in Betracht zu ziehen, da diese auch langfristig die bessere Wahl wäre.
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Eine höhere Rechenleistung geht jedoch mit einer höheren Wärmeentwicklung einher. Auch hier gilt es, bereits in der Konzeptphase alle Parameter zu betrachten und sich ein geeignetes Kühlkonzept zu überlegen, um nicht in einem späten Entwicklungsstatus womöglich das ganze Konzept ändern zu müssen. Muss ein Design aufgrund des Einbauplatzes oder der Anforderungen in verschiedenen Märkten mit passiver Kühlung auskommen, sind Abstriche hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der CPU unumgänglich. Gibt es jedoch die Möglichkeit, ein Design aktiv zu belüften, steigen auch die Optionen hinsichtlich des Prozessors, des Layouts und des mechanischen Designs.
Eine weitere Entscheidungshilfe hinsichtlich des Moduls kann die Frage nach der Architektur bieten. Möchte man einen CISC-Prozessor mit x86-Architektur einsetzen oder einen RISC-Prozessor, wie die von Arm? Stabile und bewährte x86-Chipsätze können I/O-Schnittstellen direkt ansprechen, während das RISC-Prinzip über keine Befehle verfügt, die direkt mit I/O-Funktionen arbeiten können. Hier wird hauptsächlich mit Registern gearbeitet, und für das Lesen/Schreiben von Flash-Chips gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Befehlen.
Vereinfacht dargestellt sind RISC-Befehlssätze kleiner und granularer, CISC-Befehlssätze dagegen größer und komplexer. Bei der Arm-Architektur wird zum Beispiel jede Anweisung in eine einzige Operation übersetzt, die die CPU ausführen kann, etwa den Inhalt von zwei Registern zusammenzuführen. Ein CISC-Befehl drückt eine einzelne Operation aus, die CPU muss jedoch drei oder vier vereinfachte Befehle tätigen, um sie auszuführen. Beispielsweise kann eine CISC-CPU angewiesen werden, zwei im Hauptspeicher gespeicherte Zahlen zu addieren. Dazu muss die CPU die Nummer von der ersten Adresse holen (eine Operation), die Nummer von der zweiten Adresse holen (zweite Operation), die beiden Zahlen hinzufügen (dritte Operation) und so weiter.
Arm-Prozessoren überzeugen durch Effizienz, was zum Beispiel für mobile Geräte oder Geräte mit geringeren Performanceanforderungen prädestiniert ist. Als Vorteile gegenüber einer x86-Architektur sind die geringere Leistungsaufnahme und die Sicherheit zu nennen, die das System vor unbeabsichtigter Veränderung schützt. Jedoch schränkt dies den Benutzer auch ein, da die Erweiterbarkeit und die Rechenkapazität der Prozessoren begrenzt sind.
Aufgrund ihres Funktionsumfangs und der Energieeffizienz sind Arm-Prozessoren überwiegend bei SMARC- und Qseven-Modulen anzutreffen. x86-Prozessoren, die von Intel oder AMD produziert werden, eignen sich für komplexere Lösungen mit höheren Performanceansprüchen, die viele Schnittstellen brauchen, die für die immer weiter voranschreitende Digitalisierung und Virtualisierung notwendig sind. x86-Architekturen bieten große Möglichkeiten bei der Systemkonfigurierung und Erweiterbarkeit auch bei leistungsstärkeren Prozessoren. Dies bedeutet natürlich auch eine höhere Leistungsaufnahme und eine größere Wärmeentwicklung als bei Arm-Prozessoren. x86-Architekturen finden in großer Bandbreite bei COM-Express-Modulen Anwendung. Leistungsschwächere Prozessorfamilien wie Atom/Celeron oder Pentium von Intel mit maximal 12 W können jedoch auch auf SMARC- und Qseven-Modulen realisiert werden und sind bereits am Markt verfügbar.
Softwaretechnisch sind beide Architekturen nicht miteinander kompatibel. Deshalb sollte die Prozessorarchitektur ebenfalls in der frühen Konzeptphase des Projektes definiert werden, da ein Wechsel zu der anderen Technologie nicht direkt möglich ist.
- CoMs im Vergleich (Teil 2)
- SMARC und Qseven
- COM Express und COM HPE
- Welches CoM-Format ist das Richtige für mich?
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