Smarc, le standard de modules processeurs qui

A P P L I C A T I O N
Carte et module
Smarc, le standard de modules
processeurs qui fédère
les mondes x86 et ARM
Il y a moins d’un an, Kontron lançait des Computer-on-Modules au standard Smarc
basés sur le processeur Atom E3800 d’Intel. Dans ces conditions, comment ce format
de module processeur, initialement conçu pour les architectures ARM, peut-il combiner
deux mondes fortement concurrents ?
AUTEUR
Martin
Unverdorben,
directeur
produit,
Kontron.
C
’est à l’occasion du salon
Embedded World qui s’est
tenu en février 2013 à
Nuremberg que Kontron a
dévoilé la première carte au format
Smarc, basée sur le processeur Atom
E3800 d’Intel. C’était alors le premier
module compatible avec le standard
Smarc géré par le SGeT (Standardization Group for embedded Technologies) à être conçu autour d’une architecture x86 (voir à ce sujet l’avis du
SGeT sur cette annonce, voir encadré I ci-dessous). Une évolution qui
annonçait une extension du champ
d’application de ce facteur de forme
prévu au départ pour ouvrir les cartes
COM (Computer-On-Module) aux
architectures ARM. La question suivante s’est alors posée : comment
harmoniser les conceptions d’architecture x86 et ARM sur un même
facteur de forme ?
La réponse tient tout simplement au
fait que le Smarc, pour Smart Mobility ARChitecture, suit l’évolution
des standards liés aux technologies
x86 et ARM elles-mêmes. Ces architectures de processeur ciblent en
effet toutes les deux les systèmes
mobiles économes en énergie avec,
comme conséquence, un rapprochement, voire une harmonisation,
de leurs fonctions et interfaces respectives. Ainsi, la technologie ARM
tend à offrir davantage d’extensions
génériques que par le passé, tandis
que la technologie x86 adopte de
plus en plus de fonctions spécifiques
liées au monde des mobiles. Par
exemple, il existe des processeurs à
cœur ARM basse consommation de
Freescale ou de TI qui offrent des
interfaces USB et PCI Express classiques. De leur côté, les processeurs
Atom d’Intel de la série E3800 disposent pour la première fois d’interfaces adaptées pour les caméras ou
encore un port générique, le SPI
pour Serial Peripheral Interface (voir
encadré II). Smarc est ainsi à ce jour
le seul format de Computer-on-Module capable d’intégrer les deux
mondes de processeurs, couvrant de
ce fait une gamme étendue d’applications avec un seul jeu de fonctions
incluant notamment des interfaces
SPI et caméra (voir encadré III). Ce
qui n’est pas le cas d’autres standards Computer-On-Module stan-
I.- QUE PENSE L’ORGANISME SGET DU MODULE SMARC
À BASE DE PROCESSEUR ATOM ?
n Engelbert Hörmannsdorfer,
chairman du SGeT (Standar­
dization Group for Embedded
Technologies), estime que
l’introduction de modules Smarc
à base d’Atom « va naturellement
encourager l’implémentation
de la technologie des SoC x86
sur les Computer-on-Modules
Smarc ; d’ailleurs, en tant qu’organisme de normalisation de
technologies embarquées, nous
36 / L’EMBARQUÉ / N°7 / 2014
n’avons jamais érigé de barrières
entre processeurs. Au contraire ».
Car, dès le début des travaux
de normalisation du Smarc,
« le standard a été conçu pour
les deux technologies de processeur ; mais il n’était simplement
pas possible d’en parler au
moment de sa publication, avant
la disponibilité de processeurs
adaptés », poursuit Engelbert
Hörmannsdorfer.
Le format de module processeur Smarc emb
comme ici sur le modèle Smarc-sXBTi de Kont
●
dardisés, comme le format Qseven
par exemple, qui propose un jeu de
spécifications plus réduit. Ce qui,
sur le long terme, peut constituer un
désavantage pour les développeurs
qui ont basé leurs développements
sur ce standard.
Pas de compromis
sur les fonctions
En fait, contrairement aux idées
reçues, le standard Smarc a été
conçu dès le départ pour supporter
diverses architectures. C’est la raison
pour laquelle la spécification fait
appel au connecteur MXM 3.0 à 314
broches destiné à offrir un très vaste
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Carte et module
panel d’interfaces. Ce choix représente par exemple une augmentation
de 30 % de broches disponibles par
rapport au standard Qseven qui offre
230 broches. Pour pallier cette faiblesse, on constate d’ailleurs que les
modules concurrents du Smarc sur
le marché complètent leur connectivité de base avec des interfaces et
des connecteurs additionnels. En
d’autres termes, les fabricants sacrifient le respect des spécifications au
profit (au détriment ?) de nouvelles
connexions ad hoc pour des fonctions additionnelles, qui ne sont pas
normalisées. Conséquence : cette
tendance affaiblit le standard et
barque désormais des architectures x86,
tron basé sur l’Atom E3800 d’Intel.
limite la notion d’interchangeabilité
entre modules issus de fabricants
différents.
Maintenir la continuité et
tracer de nouvelles voies
C’est la raison principale pour
laquelle il est préférable d’éviter toute
déviation vis-à-vis des spécifications
initiales d’un standard : le jeu de
caractéristiques est fixé une fois pour
toutes, et toute remise en cause ne
doit se justifier qu’en cas de profondes modifications des technologies de processeur. D’abord et avant
tout, les standards doivent, lorsqu’ils
sont bien conçus, être capables de
II.- LE BUS SPI : SIMPLE MAIS EFFICACE
n Pour les extensions génériques
simples, le standard Smarc sup­
porte le bus SPI (Serial Peripheral
Interface), considéré comme le
successeur du bus LPC (Low Pin
Count bus) mis au point par Intel.
Ce bus série synchrone, élaboré
par Motorola pour ses microcontrô­
leurs 68xx, opère en mode duplex
intégral. Il permet d’envoyer et de
recevoir des données simultané­
ment, avec un taux de transfert
plus élevé (fréquence d’horloge de
transmission comprise générale­
ment entre 1 et 20 MHz) qu’avec
les bus série similaires LPC, I2C
ou SMBus. Les circuits connectés
via ce bus communiquent selon
un schéma maître-esclave, dans
lequel plusieurs esclaves peuvent
se connecter simultanément à
un même maître. Il n’y a pas de
limite théorique de fréquence
d’horloge maximum, ce qui
laisse du potentiel pour les futurs
développements. La simplicité de
supporter l’évolution naturelle des
applications auxquelles ils s’adressent
pour in fine tenir la promesse d’une
disponibilité sur le long terme. C’est
ce qu’a su réaliser par exemple le
standard de module COM ETX, toujours disponible aujourd’hui, sans
modification, avec ses interfaces PCI
et ISA. Et c’est aussi le cas des
modules COM Express, qui servent
le plus grand marché de conceptions
x86 « classiques » avec une grande
variété de modules allant des formats
COM Express basic aux COM Express
compact et COM Express mini.
Aujourd’hui, le Smarc, géré par le
SGeT qui développe ce facteur de
forme indépendamment des fabricants, suit précisément la même stratégie que le COM Express avait choisie pour prendre la succession de
l’ETX. Il s’agit d’une approche sans
compromis qui ne cherche pas à
inventer une transition, comme cela
a pu être le cas dans le passé avec le
standard XTX positionné à mi-chemin entre le COM Express et l’ETX.
De fait, le Smarc se positionne franchement comme un module au format carte de crédit, efficace d’un
point de vue énergétique, doté de
III.- SMARC STANDARDISE LES INTERFACES
DE CAMÉRA
n Smarc est le premier
standard de Computer-onModule à offrir une interface
caméra standardisée.
Les modules sont en effet
équipés de deux interfaces
caméra conformes au stan­
dard Mipi CSI (Camera Serial
Interface), ce qui permet
d’implémenter des appli­
cations vidéo sans module
contrôleur additionnel.
L’enregistrement stéréo 3D
est également possible.
La fonction vidéo peut par
exemple servir à créer des
fonctions comme l’autorisation
d’accès par reconnaissance
de visage ou la fourniture de
contenus sur capture vidéo,
via un contrôle gestuel sans
contact. D’autres secteurs
d’application potentiels sont
la télésanté, la visiophonie,
ou encore le support et la
documentation vidéo dans
les opérations de service et
de maintenance.
la logique d’interface assure en
outre une efficacité énergétique
élevée. De nombreux composants
périphériques dotés de l’interface
au bus SPI sont déjà disponibles,
allant de simples mémoires flash
jusqu’à une variété de fonctions
GPS, gyroscopes ou capteurs de
température. Enfin, il existe des
microcontrôleurs à bus SPI pour
mixeur de signaux, écran tactile,
bus CAN, Bluetooth et/ou WLAN
ou circuit amplificateur.
fonctions graphiques évoluées, et se
conformant au jeu de spécifications
des dispositifs mobiles.
A titre d’exemple, le Computer-on-Module Smarc-sXBTi proposé
par Kontron, équipé de processeurs
Atom de la série E3800 et de 8 Go de
RAM avec ECC en option, combine
des performances graphiques élevées, une grande puissance de traitement et la compatibilité x86 dans
une empreinte de 82 x 50 mm
consommant de 5 à 10 W. Il supporte
la plage de température étendue de
- 40°C à + 85°C, et dispose d’un profil aminci grâce à l’emploi de
connecteurs de bord de carte. Le
brochage, ouvert en direction des
périphériques mobiles, est associé à
trois UART (Universal Asynchronous
Receiver Transmitter) qui couvrent
une palette complète de fonctions
incluant notamment le GPS et le support de l’interface série pour caméra
Mipi CSI (Mobile Industry Processor
Interface, Camera Serial Interface).
Les données du cœur graphique
Gen 7 d’Intel sont extraites via les
interfaces HDMI 1.4 et LVDS (eDP
en option) vers des écrans pouvant
atteindre des résolutions de
2 560 x 1 600 pixels (en 60 Hz).
D’autres interfaces supportent, entre
autres, un port Gigabit Ethernet via
le contrôleur Ethernet I210 d’Intel,
un port USB 3.0 et deux ports USB
2.0. Enfin, il est possible d’implémenter des extensions personnalisées via le bus SPI, l’interface SDIO
et trois liens PCI Express 1x à 5 gigatransferts/s. Au-delà de l’Atom, Kontron compte profiter du caractère
universel du format Smarc pour enrichir son catalogue de cartes à ce
format avec des modèles basés sur
les récentes architectures innovantes
Quark X1000 d’Intel. A suivre… n
L’EMBARQUÉ / N°7 / 2014 /
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