Architektur-Upgrade

So gelingt der Übergang von der QorlQ-P- auf die T-Serie

5. Mai 2022, 8:00 Uhr | Von Andreas Willig
Geschwindigkeit
Elegantes Architektur-Upgrade – das Potenzial der QorlQ-T-Serie nutzen.
© istock.com/nadla | Weka Fachmedien

NXP hat das Ende der QorIQ-P-Serie eingeläutet. Es spricht viel dafür auf die QorIQ-T-Serie zu wechseln, um bestehende Projekte weiterzuführen. Aber auch Neuprojekte können von der bewährten Technologie profitieren. Mit den entsprechenden Modulen vereinfacht TQ den Übergang bzw. Einstieg.

Es gibt Autokäufer, die ganz bewusst auf die letzte Baureihe vor einem großen Modellwechsel setzen: Die Fahrzeuge sind ausgereift, es findet sich die ganze Erfahrung der bisherigen Serie in ihnen gesammelt wieder und sie sind als »alte Bekannte« frei von Überraschungen. Wer eine bewährte Qualität sucht, fährt mit dieser Strategie gut. In einer vergleichbaren Situation finden sich Nutzer von NXPs QorIQ-Serie auf Power-Architecture-Basis wieder: Der Modellwechsel zu QorIQ-Layerscape bedeutet einen Schwenk hin zur Arm-Architektur und die QorIQ-T-Serie ist die letzte Modellreihe vor diesem Umstieg. Auch hier gilt: Wer ein ausgereiftes Produkt sucht, wird bei der T-Serie fündig.

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Stärkere Performance und High-Speed-Kommunikation

Um die Analogie zur Autowelt weiterzuführen, stellt die T-Serie die Vollausstattung dar – im Vergleich mit den Vorgängermodellen der P-Serie: Zusätzliche und deutlich schnellere Kommunikationsschnittstellen, gekoppelt an eine Vervielfachung (zwischen 2- bis 10-fach) der Performance – und das alles mit typischerweise nur rund einem Watt mehr Leistungsaufnahme.

Verantwortlich für diesen Fortschritt ist der e5500-Core, dem statt einer 32-Bit- eine 64-Bit-Architektur zugrunde liegt und der zudem über eine höhere Taktung (1400 MHz) verfügt. Darüber hinaus sorgt auch ein zusätzlicher L3-Cache für weitere Performance-Steigerungen. Auch in der Kernkompetenz der QorIQ-Serie – der Kommunikationsfähigkeit – kann die T-Serie zulegen: Je nach Modell sorgen 2,5 GbE, fünf MACs, acht SerDes-Lanes und ein integrierter 8-Port-Ethernet-Switch für mehr Datendurchsatz – dank 1000Base-KX-Funktion wahlweise auch über eine Backplane. Beschleunigerschaltungen für Security und Pattern Matching erleichtern zusätzlich die Paketverarbeitung.

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Starterkit STKT1022 von der TQ-Group.
© TQ-Group

Potenziale zur Gerätekonsolidierung ausschöpfen

Von der höheren Rechenleistung können nicht nur bestehende Applikationen profitieren, die an der Leistungsgrenze der P-Serie angekommen sind, es besteht auch die Möglichkeit der Gerätekonsolidierung: Was bisher auf zwei Geräten lief, kann jetzt eine Baugruppe erledigen. So lässt sich der Overhead einer kompletten Einheit einsparen. Ein Beispiel dafür findet sich in der (Industrie-)Automation, wo bislang eine Steuerung und ein Gateway ihre Dienste verrichteten, kann jetzt ein Gerät beide Aufgaben übernehmen. Ein Hypervisor trennt die zusätzlichen CPU-Cores der T-Serie voneinander und stellt jedem Legacy-Softwarepaket die benötigte (Betriebssystem-)Umgebung zur Verfügung. Dies reduziert den Anpassungsaufwand und erhöht die Betriebssicherheit, da ein Software-Problem aus einer Domäne nicht den Ablauf der anderen Domäne stören kann. Frei von leichten Software-Anpassungen ist diese Konsolidierung nicht, allerdings lässt sich dafür die gewohnte und vorhandene Tool-Chain nutzen – dies spart Investitionskosten und Einarbeitungszeit.

Geeignet für kritische Infrastruktur-Anwendungen

Ist diversitäre Redundanz gefordert, also die Verwendung von Bauteilen unterschiedlicher Hersteller, um zu vermeiden, dass ein systematischer Fehler sämtliche redundanten Systeme ausfallen lässt, punktet die Power Architecture basierte T-Serie ebenfalls. Es ist also nicht verwunderlich, dass auf Sicherheit bedachte Branchen wie die Luftfahrt, ein hohes Interesse an der T-Serie haben. 

Bei solchen Referenzen liegt der Einsatz im Bereich kritischer Infrastruktur nahe. Hier kommt es nur selten darauf an, die neueste Technologie zu integrieren, sondern Zuverlässigkeit, Determinismus und langfristige Verfügbarkeit sind entscheidend. Auch hilft die Historie der bekannten und behobenen Fehler bzw. der zuverlässigen Workarounds, um zu punkten.

TQMT-1042
Module mit Power-Architecture individuell für Ihre Anwendung skalierbar.
© TQ-Group

Zeit- und Kostenaufwand einsparen

Es gibt viele Gründe, die bestehende Applikationssoftware nur sehr ungerne zu überarbeiten. Zum Beispiel wenn die ursprünglichen Entwickler nicht mehr zur Verfügung stehen oder die Re-Zertifizierung vermieden werden soll. Letzteres wird zwar bei einem Architektur- bzw. Hardware-Wechsel notwendig, je nach Anforderungen sind allerdings unterschiedlich viele Programmteile und Dateien betroffen. Wer in der gleichen Tool-Chain und Grundarchitektur bleibt, muss deutlich weniger Bestandteile prüfen als bei einer komplett neuen Prozessorarchitektur mit neuen Entwicklungswerkzeugen. Dies schlägt sich unmittelbar im Zeit- und Kostenaufwand nieder.

Es ergeben sich also große Einsparpotenziale, wenn die weitere Nutzung der bestehenden Software möglich ist, sei es bei der Konsolidierung oder bei der Weiterführung/-entwicklung einer Produktreihe. Hier ist die T-Serie der »natürliche« Nachfolger der P-Serie und bietet die höchste Software-Kompatibilität. So kann beispielweise die 32-Bit-Software der P-Serie unverändert auf den 64-Bit-Cores der T-Serie laufen und die Vorteile der höheren Taktung sowie besseren Floating-Point-Unit automatisch nutzen.

Soll keine Neuentwicklung der Applikationssoftware durchgeführt werden, bietet sich eine moderate Modernisierung der Software an, um in der T-Serie hinzugekommene Funktionen, wie den integrierten Krypto-Beschleuniger oder die Data Path Acceleration, optimal nutzen zu können. Dank der gleichen Tool-Chain ist hier die Einstiegshürde deutlich niedriger als beim Umstieg auf eine vollkommen neue Architektur.

Flugzeugaussenbeleuchtung
Die T-Serie ist geeignet für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen.
© istock.com/Iopurice

Einfache Systemintegration mit Embedded-Modulen

Ob nun ein Generations- oder Architekturwechsel ansteht, in beiden Fällen überzeugen Embedded-Computing-Module besonders, denn sie reduzieren den Designaufwand auf das Baseboard: Das komplexe Handling, z.B. aktualisierter Design-Vorschriften der neuen CPU, übernimmt der Modulhersteller, der Anwender selbst hat es nur mit weniger aufwändigen Schnittstellen zu tun.

Zur Veranschaulichung: Statt sich um die 780 Pins der CPU zu kümmern, muss sich der Entwickler beim TQMT10xx-Modul nur noch um 360 Modul-Pins kümmern. Zudem sind Themen wie Arbeitsspeicheranbindung, Systemcontroller sowie die Spannungs- und Taktversorgungen der CPU schon durch die Entwickler von TQ erledigt. Diese Reduzierung der Komplexität für den Modul-Anwender verkürzt die Entwicklungszeit – sowohl bei der Hardware als auch bei der Software. Für letztere gibt es Starter-Kits, damit die Software-Entwickler schon loslegen können, noch bevor die anwendungsspezifische Hardware läuft. Zusätzlich helfen die Pin-kompatiblen Module bei der Leistungs- und Feature-Skalierung. So ist TQMT1022 mit zwei e5500-Cores ausgestattet, TQMT1040 und TQMT1042 mit je vier der Cores.

Willig, Andreas
Andreas Willig, Produktmanagement im Bereich Embedded bei der TQ-Group.
© TQ-Group

Für die vielfältigen und zunehmenden Kommunikationsanforderungen industrieller Systemlösungen stellt TQ diese Modul-Familie auf Power-Architecture-Basis zur Verfügung. Kompakte Abmessungen von 74 mm x 54 mm und der Zugriff auf alle Prozessor-Funktionen ermöglichen die einfache und schnelle Systemintegration – auch als Retro-fit-Lösung. Der erweiterte Einsatztemperaturbereich von -40°C bis +85°C ermöglicht die Verwendung selbst bei sehr anspruchsvollen Umgebungsbedingungen. Mit einer typischen Leistungsaufnahme von 7 W bis 9 W hält sich der Kühlaufwand in Grenzen, was nicht nur den Kosten, sondern auch dem Platzbedarf zugutekommt. Damit lassen sich leistungsfähige Computing-Lösungen für anspruchsvolle Einbausituationen realisieren, z.B.:

  • Steuerungen und Kommunikationsknoten für kritische Infrastruktur
  • ARINC 664 Switches in Flugzeugen
  • Netz-Equipment für EX-Bereiche
  • Motorsteuerungen und Robotik
  • (Femto-)Zellen für Campus-Netze
  • Intelligente Verkehrsleittechnik

Aktuell will NXP die T-Serie mindestens noch bis 2027 unterstützen. Als Hersteller mit eigener Fertigung in Deutschland kann TQ darüber hinausgehende Angebote machen, bis hin zur Einlagerung von Bausteinen in Stickstoff. Ein ausgefeiltes Obsoleszenz-Management und Traceability sorgen dabei für gleichbleibend hohe Qualität, auch über sehr lange Zeiträume hinweg.


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