Оборудование стандарта CompactPCI для систем промышленной автоматизации
Исторически основным препятствием для использования стандарта CompactPCI в системах промышленной автоматизации являлась высокая стоимость соответствующих аппаратных средств. Разработав продуктовую серию CompactPCI Value Line, холдинг Kontron снял это ограничение, сделав оборудование CompactPCI доступным для широких масс пользователей «реечных» компьютеров и решений типа Industrial PC.
Вообще-то стандарт CompactPCI создавался с прицелом в том числе и на промышленное применение. Об этом недвусмысленно свидетельствуют многорядные штырьковые разъемы, конструктив «Евромеханика» и многие позднейшие дополнения к базовой спецификации, призванные обеспечить устойчивость оборудования CompactPCI к неблагоприятным внешним воздействиям и сделать его пригодным для жестких условий эксплуатации. И все же на рынке промышленной автоматизации доля CompactPCI росла медленнее, чем в других секторах.
Дело в том, что применительно к задачам индустриального класса аппаратура CompactPCI оказалась в общем табельной. Рынок автоматизации ориентирован на приложения категории Cost Sensitive — «чувствительные к цене», что ставит типовые аппаратные средства CompactPCI в положение вне игры: разработчики оборонных и телекоммуникационных систем еще могут позволить себе не обращать особого внимания на стоимость комплектующих, но для промышленного сектора это совершенно недопустимая роскошь.
Решив адаптировать оборудование стандарта CompactPCI для задач промышленной автоматизации, холдинг Kontron разработал линейку оборудования CompactPCI Value Line. Отличительной чертой представителей данного продуктового семейства является учет особенностей промышленного применения, выражающийся в предоставлении пользователю широких возможностей по части организации ввода-вывода, поддержке специализированного ПО и невысоких ценах. Следует особо отметить, что низкая стоимость изделий, входящих в CompactPCI Value Line, не идет в ущерб их функциональности, а лишь позволяет использовать современное оборудование стандарта CompactPCI там, куда раньше путь для высокотехнологичных изделий был закрыт.
Процессорные модули форматов 3U CompactPCI и 6U CompactPCI дополняются малогабаритными крейтами для их установки, также относящимися к линейке Kontron CompactPCI Value Line. Недорогие ЦП, применяющиеся в этом продуктовом семействе, обладают вполне приличной производительностью и как нельзя лучше подходят для тех ситуаций, когда конечное решение должно быть достаточно надежным, но недорогим. Эти требования присущи целому ряду индустриальных, медицинских, встраиваемых и управляющих систем, что само по себе делает изделия серии Kontron CompactPCI Value Line ориентированными на чрезвычайно широкий спектр потенциальных приложений. Особый интерес данные продукты представляют для тех разработчиков, которым нужны малые габариты, повышенная механическая надежность и возможность быстрой замены отдельных модулей.
Представители линейки Value Line сохраняют все основные достоинства «обычных» CompactPCI-изделий марки Kontron (большое число различных интерфейсов, масштабируемость, возможность расширения базовой функциональности и др.) и обладают рядом дополнительных преимуществ. Применение экономичных процессоров, выделяющих очень мало тепла, позволило отказаться от вентиляторов, что сразу же включило в сферу влияния Value Line те приложения, где имеют место повышенные требования к надежности оборудования. Кроме того, оборудование Value Line можно использовать в контроллерных приложениях: специалисты Kontron портировали на продукты этой серии популярный SoftPLC-пакет CoDeSys. Возможна организация как локального, так и распределенного ввода-вывода. В первом случае используются дополнительные платы CompactPCI с нужными интерфейсами, во втором — модульная периферия Wago, подключающаяся удаленно по какой-либо промышленной шине или же по сети Ethernet.
С чего есть пошла CompactPCI Value Line: одноплатный компьютер CP303-V
История Kontron CompactPCI Value Line началась с одноплатного компьютера CP303-V, выполненного в конструктиве 3U CompactPCI и оснащающегося недорогими процессорами Intel ULV Celeron или Intel LV Celeron (Рис.1). Данное изделие создано на базе модуля CP303, рассчитанного на ЦП серии Intel Pentium III M. Тактовая частота центрального процессора у CP303-V составляет 400 МГц, что делает этот продукт хорошей альтернативой более дорогостоящим платам в сегменте Low End. Процессор у CP303-V напаивается непосредственно на печатную плату, память максимальным объемом 512 Мбайт устанавливается в 144-контактное гнездо SODIMM. Опциональный разъем CompactFlash Type II и тыльный модуль дают пользователю большую гибкость по части организации ввода-вывода и локального хранения данных.
Рис. 1. Внешний вид одноплатного компьютера Kontron CP303-V.
Объем кэша по сравнению с CP303 уменьшен наполовину и составляет 256 Кбайт, чего более чем достаточно для многих встраиваемых приложений. Ethernet-интерфейс модуля CP303-V доступен как со стороны передней, так и со стороны задней панели. Сохранив практически все характеристики своего старшего брата, включая интегрированный графический контроллер, продукт CP303-V стоит значительно дешевле, что открывает для него те области применения, где использовать CP303 нецелесообразно. Низковольтные процессоры Intel весьма актуальны для систем промышленного класса: экономичные варианты CP303-V с 400-мегагерцовыми ЦП потребляют около 10 Вт и не требуют вентиляторов не только на модуле, но и в системе.
Модуль CP303-V может применяться для оперативного управления производством, контроля работы сборочных линий и в пассажирских информационных системах. Наибольшую отдачу от этого продукта удается получить при его использовании вместе с крейтом CP-Pocket, который имеет весьма демократичную цену и способен составить серьезную конкуренцию промышленным компьютерам, монтирующимся на рейку DIN. Крейт CP-Pocket — это полноценная система стандарта CompactPCI, чью функциональность можно изменять в весьма широких пределах.
Программно и механически версии CP303-V и CP303 полностью совместимы, и потому пользователи CP303-V могут не беспокоиться о будущем: повысить производительность своих решений они смогут простой заменой одного процессорного модуля на другой.
Больше производительности: модуль CP306-V
Одним из вариантов апгрейда систем на базе CP303-V является применение модуля CP306-V, оснащенного быстрым процессором Intel Celeron M 320 с тактовой частотой 600 МГц или 1,3 ГГц (Рис.2). Данный одноплатный компьютер позволяет выйти на новый уровень производительности, потратив совсем немного денег. Малогабаритный формфактор 3U CompactPCI, в котором реализован модуль CP306-V, годится для многих практических задач, где свободное пространство ограничено, а цена этого изделия подходит для ограниченных бюджетов.
Процессор Intel Celeron M, напаиваемый на плату CP306-V, имеет кэш L2 объемом 512 Кбайт, поддерживает 400-мегагерцовую системную шину и довольствуется пассивным охлаждением. В 200-контактное гнездо SODIMM можно установить до 1 Гбайт памяти DDR. Продукт хорошо развит в коммуникационном отношении: у обычной версии на переднюю панель выведены порты DVI, PS/2, USB и Fast Ethernet, к которым у двухслотового варианта добавлены разъем CompactFlash, последовательный порт и 2,5-дюймовый жесткий диск (используется дополнительный мезонинный модуль). Модуль CP306-V не имеет вентиляторов.
Со стороны тыльной панели доступны интерфейс PS/2, выход VGA, два порта USB 2.0, два последовательных порта и канал Fast Ethernet. Чтобы организовать тыльный ввод-вывод, необходим модуль-адаптер Kontron CP-RIO3-03. Жесткий диск подключается посредством интерфейса IDE ATA/100.
Продукт CP306-V будет хорошим выбором для таких задач, как управление производственными процессами, контроль промышленного оборудования и т.п. Данный модуль может использоваться также в роли коммуникационного компьютера различных информационных систем.
«Таланты» одноплатного компьютера CP306-V наиболее полно раскрываются в малогабаритном крейте Kontron CP-Pocket, который превращает этот модуль в полноценный промышленный компьютер. При той же цене и столь же высокой производительности, как и классические решения типа Industrial PC, конфигурация CP-Pocket + CP306-V позволяет разработчикам систем автоматизации воспользоваться преимуществами стандарта CompactPCI (модульность, гибкость, возможность быстрой замены отдельных узлов и др.).
Рис.2. Плата CP306-V, оснащенная процессором Intel Celeron M 320.
Одноплатный компьютер CP306-V работает под управлением Windows XP, Windows ХР Embedded, Windows 2000, Linux,VxWorks и целого ряда других операционных систем.
Передовые технологии Intel и поддержка мезонинов: плата CP6000-V
В продуктовой линейке Kontron CompactPCI Value Line есть изделия как одинарной (3U), так и удвоенной высоты (6U). К последним относится, в частности, продукт CP6000-V, оснащенный процессором Intel ULV Celeron с тактовой частотой 600 МГц (Рис.3). Плата CP6000-V имеет множество различных интерфейсов, в том числе четыре порта USB 2.0 и два канала Fast Ethernet. Последние доступны со стороны передней панели или через разъем J3 (тыльный ввод-вывод). Поддерживается коммутация соединений по стандарту PICMG 2.16. В наличии два последовательных интерфейса и разъемы для подключения клавиатуры, флоппи-дисковода и монитора VGA (разрешение до 2048×1536).
Рис.3. Так выглядит плата CP6000-V, относящаяся к линейке CompactPCI Value Line и реализованная в конструктиве 6U CompactPCI.
Плата CP6000-V оптимизирована в смысле соотношения «цена/производительность». Данный продукт ориентирован на те приложения, где необходимо получить высокую производительность при минимуме затрат (например, автоматизация поточных линий).
CP6000-V характеризуется высокой степенью интеграции. Его оснащение включает PMC-слот с поддержкой спецификации PCI-X, опциональный 2,5-дюймовых жесткий диск IDE или Serial ATA, гнездо CompactFlash, до 2 Гбайт оперативной памяти типа PC333, порты USB 2.0 и COM, интегрированный видеоконтроллер с VGA-выходом, обеспечивающий вывод графики в разрешениях до до 2048 x 1536 (8 разрядов, 60 Гц), а также несколько программируемых светодиодов на передней панели модуля, использующихся в отладочно-диагностических целях.
Опциональные PMC-мезонины от Kontron позволяют расширить базовую функциональность CP6000-V дополнительными портами Gigabit Ethernet или интерфейсами полевых шин. Благодаря богатому ассортименту съемных PMC модулей ввода-вывода, предлагаемых компанией Kontron, каждый OEM-производитель и системный интегратор может подобрать такую конфигурацию, которая будет наилучшим образом отвечать требованиям его задач.
Большая плата для низкостоимостных приложений: продукт CP6500-V
Еще одним представителем продуктовой серии Kontron CompactPCI Value Line, выполненным в формфакторе 6U, является CP6500-V (Рис.4). Данная плата оснащается процессором Intel Celeron с тактовой частотой 400 МГц и рассчитана на использование в тех прикладных задачах, где цена комплектующих очень важна. При использовании CP6500-V активное охлаждение не требуется не только на плате, но и в системе. Объем локальной SDRAM-памяти может принимать три значения: 128 Мбайт, 256 Мбайт и 512 Мбайт (недорогие 144-контактные модули типа SODIMM). В наличии четыре порта USB 2.0 и два интерфейса Fast Ethernet, доступ к которым может осуществляться либо через фронтальные разъемы, либо по коммутируемым линиям объединительной панели стандарта PICMG 2.16. Пользователю предлагаются два последовательных порта плюс разъемы для подключения клавиатуры, флоппи-дисковода и VGA-монитора. Графический контроллер поддерживает разрешения до 1600 x 1200.
Рис. 4. Внешний вид платы Kontron CP6500-V, выполненной в конструктиве 6U CompactPCI и ориентированной на низкостоимостные приложения.
Два канала EIDE, один из которых адресован бортовому жесткому диску, позволяют подключать к плате накопители большой емкости. Имеется гнездо для карточек CompactFlash. Возможность расширения базовой функциональности под конкретные прикладные требования обеспечивается PMC-слотом (32 разряда, 33 МГц) с поддержкой тыльного ввода-вывода. Дополнительный ввод-вывод может быть организован через интерфейс LPC и тыльную панель при помощи специальных модулей.
Плата CP6500-V может работать как в системном, так и в периферийном слоте. В первом случае она взаимодействует с ведомыми платами по шине CompactPCI или по Ethernet-каналам объединительной панели (спецификация PICMG 2.16), второй вариант подразумевает обмен только по линиям Ethernet. Продукт поддерживается операционными системами Windows XP, XP Embedded и 2000, а также Linux и VxWorks. В качестве шасси для установки CP6500-V специалисты холдинга Kontron рекомендуют использовать малогабаритный бюджетный крейт XL-2000.
Идеальное решение для промышленной автоматизации: системная платформа XL-Pocket/CP6500-V
В линейку Kontron CompactPCI Value Line также входит базовый комплект XL-Pocket, состоящий из бюджетного 6U CPCI крейта XL-2000 и процессорного модуля CP6500-V (Рис.5). Благодаря трем свободным слотам CompactPCI, (2 слот 6U и 1 слот 3U) системная платформа XL-Pocket/CP6500-V хорошо подходит для построения модульных конфигурируемых контроллеров и компактных серверов.
Модульная система из платы CP6500-V и недорогого крейта XL-Pocket способна составить достойную конкуренцию разнообразным реечным и промышленным компьютерам, которые не отличаются большой гибкостью, хотя и стоили до недавних пор дешевле CompactPCI-решений. Такие компьютеры обычно заключаются в закрытый корпус, в то время как у систем стандарта CompactPCI отдельные модули легко вставляются и извлекаются со стороны передней панели. При всей своей «нетрадиционности» система из крейта XL-Pocket и установленной в него платы CP6500-V оказывается более удобной и гибкой, чем классические промышленные решения, а стоит примерно столько же.
Крейты серии Pocket позволяют отказаться от традиционных модулей расширения типа ISA и PCI, для замены которых обычно требуется разбирать всю систему. Серия Pocket построена по стандарту CompactPCI, благодаря чему изменять аппаратный состав и осуществлять техническое обслуживание оборудования становится на два порядка проще. Имея три слота расширения, система Pocket обладает адаптационным потенциалом, достаточным для покрытия широчайшего диапазона клиентских задач.
Платы и системы стандарта CompactPCI нередко используются в приложениях класса High End, предъявляющих к оборудованию самые высокие требования. Решения серии Kontron Pocket позволяют технологии CompactPCI в полной мере проявить свои достоинства в промышленных приложениях. Применяя платформы Pocket, разработчики систем автоматизации получают гораздо больше свободы за те же деньги, а также надежно защищают свои инвестиции, поскольку вычислительную мощь и функциональность ввода-вывода такой платформы легко приспособить к практически любым требованиям. К тем интерфейсам Ethernet, что уже есть на процессорной плате, можно добавить дополнительный Ethernet-коммутатор компании Kontron, благодаря чему системы Pocket можно считать изначально оптимизированными для работы в сетях Industrial Ethernet. Если не хватает каких-либо других портов, все опять же решается установкой соответствующей платы, которую можно приобрести у Kontron, у другого поставщика или же разработать самому.
Рис. 5. Комбинация из процессорной платы CP6500- V и недорогого крейта XL-Pocket (модульная платформа XL-Pocket/CP6500-V).
Последние разработки Intel для низкостоимостных приложений: модуль Kontron CP307-V
Если линейка Kontron CompactPCI Value Line позволяет разработчикам систем автоматизации использовать оборудование CompactPCI, то модуль Kontron CP307-V дает им доступ также и к новейшим технологиям Intel (Рис.6). ЦП Core Solo, на котором построен данный продукт, относится к следующему поколению процессоров Intel, представители которого сегодня активно проникают на самые различные компьютерные и околокомпьютерные рынки. В том, что касается процессорных технологий, холдинг Kontron всегда старался идти в ногу со временем и следил за тем, чтобы аналогичную возможность имели и его клиенты. Хорошим подспорьем тому — эксклюзивные партнерские отношения, в которых пребывают Kontron и Intel: будучи одним из четырех членов Intel Communications Alliance (www.intel.com/go/ica), имеющих статус Premium Member, по результатам 2006 г. он стал еще и «партнером года» в рамках данной программы. Техническую информацию о новых процессорах Intel специалисты холдинга получают в первую очередь, что позволяет им создавать встраиваемые изделия на базе этих ЦП раньше конкурентов и обуславливает высокое качество продукции Kontron.
Рис. 6. Недорогой одноплатный компьютер Kontron CP307-V на базе чипсета Intel 945GM + ICH7-R и современного процессора Intel Core Solo.
Продукт Kontron CP307-V реализуется в конструктиве 3U CompactPCI и оснащается процессором Intel Core Solo с тактовой частотой 1,86 ГГц, кэшем L2 объемом 1 Мбайт и увеличенным жизненным циклом. Используются чипсет Intel 945GM и южный мост Intel ICH7-R.
Объем бортовой памяти у CP307-V может достигать 2 Гбайт. Подсистема ввода-вывода включает два интерфейса Gigabit Ethernet, четыре порта USB 2.0, два канала Serial ATA и разъем CompactFlash, куда сегодня можно устанавливать флэш-накопители объемом до 8 Гбайт. Видеоконтроллер, являющийся составной частью мобильного чипсета Intel 945GM, обеспечивает поддержку мониторов VGA и DVI (возможно параллельное отображение на два независимых дисплея). Продукт CP307-V поддерживает периферию с интерфейсом PS/2, имеет шину LPC, последовательный порт, выход DVI и позволяет устанавливать 2,5-дюймовый жесткий диск Serial ATA. Для модуля CP307-V доступны операционные системы Windows XP, Windows XP Embedded и Linux, а также ОС реального времени Vx Works.
Своими превосходными потребительскими качествами новая плата холдинга Kontron обязана быстрому процессору с архитектурой Intel Core Solo, 533-мегагерцовой системной шине и высокопроизводительной памяти DDR2. Благодаря инновационной архитектуре Intel Core Solo, адресованной тем низкостоимостным приложениям, где сегодня используются Intel Pentium M, плата CP307-V обладает очень хорошей производительностью из расчета на один ватт. ЦП и ОЗУ напаяны непосредственно на печатную плату, благодаря чему модуль Kontron CP307-V пригоден для эксплуатации в неблагоприятных условиях.
Приобретая Kontron CP307-V, разработчик получает высочайшую производительность, богатую коммуникационную функциональность, встроенную поддержку высококачественной двумерной и трехмерной графики, а также возможность организации тыльного ввода-вывода, который особенно актуален при создании различных специализированных систем.
Добро пожаловать, CompactPCI!
Причины экономического характера длительное время препятствовали проникновению стандарта CompactPCI в промышленный сектор. Инженеры Kontron впервые смогли создать серию модулей и крейтов CompactPCI, пригодную для использования в системах промышленной автоматизации. Проблему стоимости удалось решить благодаря применению недорогих процессоров, некоторому уменьшению числа интерфейсов и общему снижению энергопотребления.
Будучи уникальным явлением на рынке средств автоматизации, изделия Kontron CompactPCIValue Line могут использоваться не только как промышленные компьютеры, но и как программируемые контроллеры, благо специалисты Kontron портировали на платформы этой серии инструментальный SoftPLC-пакет CoDeSys. Контроллерным приложениям адресованы и те широкие возможности, которыми обладают представители линейки Kontron CompactPCI Value Line по части организации ввода-вывода: пользователю доступны как дополнительные интерфейсные платы, устанавливаемые в свободные слоты крейта CompactPCI, так и модульная периферия Wago, подключаемая к центральной системе посредством промышленной шины.
Продукты, образующие линейку Kontron CompactPCI Value Line, представляют интерес для разработчиков контрольно-измерительной техники, медицинской аппаратуры, систем промышленной автоматизации и стационарных железнодорожных решений.