ETX : un standard d`avenir pour le PC embarqué
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Tendances CARTES INFORMATIQUES ETX : un standard d’avenir pour le PC embarqué ▼ Quel industriel n’a jamais rêvé de changer le processeur de ses machines tous les six mois au gré des évolutions technologiques sans impacter la production ? Carte mezzanine dédiée processeur, c’est ce que permet le standard ETX plus que tout autre grâce à une connectique presque “Plug and Play”. Développement rapide d’applications, effet de gamme, facteur d’échelle et réduction des risques sont les atouts de ce standard complètement ouvert développé et soutenu par deux maîtres en la matière : Jumptec-Kontron et Advantech. D ans le domaine de l’embarqué, les choses ne sont plus si simples. Aujourd’hui, l’industriel qui veut mettre au point une application embarquée (pilotage automatique d’avion, système GPS, terminal bancaire…) est confronté à une succession d’alternatives pour le développement de sa carte mère. La première est celle qui oppose les processeurs embarqués classiques (PowerPC, Mips,ARM…) à ceux du monde PC (X86). Les processeurs classiques imposent des développements plus longs et s’avèrent moins chers pour de très gros volumes (plus de 5000 cartes par an, voir Mesures d’avril 2002 p. 28). Les processeurs PC sont plus avantageux pour de moins grandes quantités et pour des systèmes dont la pérennité n’est pas cruciale. Le choix d’une solution basée sur un processeur PC impose une deuxième alternative : celle du développeEn bref… ment spécifique ou Un nouveau standard pour propriétaire. Pour carical’embarqué, baptisé ETX et turer, l’industriel qui choibasé sur une architecture PC, sit une architecture PC a voit le jour le choix entre deux La carte est de type “mezzanine” et dispose d’une connec- grandes options. La pretique standard mière est celle de conce Ce concept constitue une altervoir ou faire concevoir son native aux architectures utilisant application de A à Z, au une carte mère avec un procesrisque d’y passer du seur mezzanine PC/104 temps et de dépenser 34 beaucoup d’argent. La seconde est celle d’acheter une carte processeur du commerce prête à l’emploi, avec une connectique d’entrées/sorties, au risque d’avoir à surmonter des problèmes divers de taille, de connecteurs, de consommation… Désormais une troisième possibilité s’offre à lui : celle d’opter pour la solution intermédiaire entre les deux précédentes grâce aux cartes mezzanines dédiées “ processeur ”. Celles-ci appelées aussi cartes “filles”, comportent un processeur et viennent s’insérer dans une carte de plus grande taille appelée bien évidemment “carte mère”, sur laquelle est développée spécifiquement le cœur de l’application. L’avantage? Cette stratégie permet avant tout à l’industriel de se focaliser sur le développement de la carte d’accueil qui concentre tout le savoir-faire de l’application (acquisition vidéo, analyse de réseau…), tout en minimisant le risque financier sur le développement du calculateur, lequel est réalisé par des spécialistes. L’entente de deux leaders Dans l’univers PC embarqué, le plus connu de ces processeurs modulaires est le PC/104. Créée à la fin des années 80 par Ampro Computers en Californie, de forme carrée (90x96 mm), cette carte compte aujourd’hui une vingtaine de constructeurs et plus de 150 distributeurs de systèmes compatibles. Sa popularité résulte en partie de sa méthode “hamburger”, c’est-à-dire d’ajouts de nouvelles fonctions par empilements successifs de cartes. Plus récents et plus petits, on trouve le Dimm/PC de la taille d’une carte de crédit (68x40 mm) de Jumptec et le SOM (100x68 mm) d’Advantech. Néanmoins, l’événement dans le domaine a été créé en avril 2002, lorsqu’Advantech a décidé de s’accorder avec Jumptec sur son nouveau format ouvert de carte modulaire : l’ETX ou Embedded Technologie eXtended. Jumptec, depuis, a fusionné avec Kontron en juillet 2002, ce qui donne encore plus de crédibilité à ce concept. Ces événements ont contribué à projeter le standard ETX en pleine lumière. Il gagne à être connu! Commençons par ses dimensions qui sont de 95 mm pour la largeur et 114 mm pour la longueur. En épaisseur, la carte ne mesure pas plus de 12 mm! Ces grandeurs n’ont pas été choisies au hasard; elles permettent à la carte ETX d’être accueillie par un très grand nombre de formats, des plus célèbres comme le VME, l’Isa, le PCI, le cPCI ou le PicMG, aux moins connus comme le Pisa, ou l’ATX. Côté processeur, la gamme est large : Elan SC520, Geode, Crusoe, Celeron, Pentium III avec des fréquences d’horloge pouvant atteindre les 700 MHz pour le Pentium III. C’est la première fois que l’on dispose d’un standard mezzanine, basé sur une architecture X86 avec de telles puissances de calcul. Pour ce qui est de la consommaMESURES 751 - JANVIER 2003 Tendances Une solution modulaire Connecteur X1 : Bus PCI, USB, son Connecteur X2 : Bus ISA Types de processeurs : X86, Elan SC 520, Geode Pentium III, Celeron, Crusoe… Connecteur X4 : IDE 1 et 2 (disque dur) et Ethernet Connecteur X3 : périphériques, VGA (écran) COM 1et 2, LCD (cristaux liquides), disquette, souris, clavier Types de cartes d'accueil : PCI, ISA,VME, PISA, ATX, PICMG,CPCI… La carte ETX s’enfiche dans la carte d’accueil grâce à quatre connecteurs standardisés X1,X2,X3,et X4.Elle renferme un processeur x86 avec un Bios et un système d’exploitation et s’adapte sur un grand nombre de cartes. tion, elle peut varier de 4W pour un Geode 300 MHz à 20 W pour un Pentium III à 1 GHz (pas encore disponible). « Ça va chauffer! », diront certains. Qu’ils se rassurent : la définition mécanique de l’ETX spécifie même le principe de refroidissement. Toutes les platines ETX dignes de ce nom doivent être dotées d’une plaque de dissipation thermique appelée “écarteur de chaleur”, réalisant la conduction de la chaleur vers l’extérieur de la carte. Ce principe permet de réaliser des systèmes sans refroidissement actif, même pour des processeurs de puissance comparable à celle du Pentim III 700 MHz. « Au-delà d’une fréquence d’horloge supérieure à 400 MHz,nous proposons à nos clients de poser un ventilateur », précise toutefois Michel Voisin, responsable des ventes pour l’embarqué d’Advantech France. « On prend un risque supplémentaire car un ventilateur peut tomber en panne, mais cela vaut mieux que de griller le processeur », poursuit celui-ci. Une connectique efficace Avant tout, la caractéristique principale de la carte reste sa connectique, d’un coût réduit, réalisée en technologie CMS (Composants Montés en Surface), et permettant de mettre en place un grand nombre d’interfaces pour le dialogue avec la carte d’accueil. Ainsi, de part et d’autre de la carte, on trouve une paire de connecteurs baptisés X1, X2, X3 et X4 qui servent à réaliser la jonction physique et mécanique entre l’ETX et la carte mère. L’in- terface est standardisée : le connecteur dénommé X1 véhicule des signaux PCI, USB et de type “son”. Le connecteur X2 est un connecteur dédié aux échanges avec le bus ISA. Le connecteur X3 est chargé de la gestion des périphériques. C’est pourquoi on trouve sur ce lien les signaux VGA, ports COM 1 et 2, LCD, clavier et souris. Enfin, le X4 s’occupe des échanges via les protocoles Ethernet et IDE pour la gestion d’un éventuel disque dur. Dans une application embarquée classique, ces connexions ne sont bien évidemment pas toutes utilisées. Le fait de pouvoir en disposer de manière standard sur la carte laisse une grande souplesse à l’intégrateur. En particulier, avec l’ETX le processus d’intégration passe d’une logique d’assemblage de cartes à une logique d’intégration de composants autour de la carte processeur. « Auparavant, avec le PC/104, le fabricant qui voulait développer une application basée sur une acquisition vidéo suivait une méthode d’empilement de cartes. C’està-dire qu’il lui fallait connecter la carte du PC/104 * avec une carte d’acquisition vidéo. Avec l’ETX, il peut se contenter d’intégrer le “chipset” réalisant l’acquisition vidéo sur la carte mère sans avoir à faire l’achat d’une carte vidéo complète. Le gain de place et d’argent est incontestable », explique Noël Dussourd, ingénieur d’applications chez Kontron Embedded Module ex Jumptec. En outre, la technologie CMS permet au développeur de disposer les connecteurs qu’il désire exactement là où il le souhaite sur la carte d’accueil, et cela même pour des applications très spécifiques. Par rapport à l’achat d’une carte mère où tout est figé, finis les câblages difficiles, les connecteurs mal placés et les surcoûts de composants. D’autant plus que l’ETX, en soulageant la charge de développement sur le cœur de PC, permet de se focaliser sur ces problèmes. *On rappellera cependant qu'à l'origine, et contrairement à l'ETX, le PC/104 n'avait pas vocation à servir de module processeur amovible destiné à être monté sur une carte mère. Il était destiné à réaliser des PC autonomes de petite taille, l'ajout de nouvelles fonctionnalités se faisant par l'ajout de cartes. De sérieux atouts pour réussir Le “petit” monde de l’embarqué A l’origine, les systèmes dits « embarqués » correspondent littéralement à des architectures matérielles et logicielles intégrées dans des voitures, des avions ou des trains… Aujourd’hui, les téléphones portables et même les bornes informatiques fixes (de type distributeur de billets) sont aussi considérés comme des systèmes embarqués. Fixés et figés dans des boîtiers spécifiques, ces équipements doivent se plier à un certain nombre de contraintes et en particulier celles de la robustesse et de la fiabilité à MESURES 751 - JANVIER 2003 long terme. Les mises à jour post-production (et surtout matérielles) sont rares car souvent complexes. Le processeur constitue le cœur du système. Le choix d’une bonne carte mère peut se faire sur les caractéristiques telles que la compacité de la carte, la consommation d’énergie, la résistance mécanique et thermique mais aussi la puissance de calcul, la pérennité de la carte et le nombre d’entrées/sorties. C’est sur ces derniers points que le format ETX détient des avantages majeurs. Par ailleurs, disposer d’une interface mécanique et électrique bien définie offre des possibilités que l’on aurait tort de sous-estimer. La première consiste à pouvoir faire évoluer un système existant en réalisant une substitution de processeurs. « Si le constructeur a prévu l’opération au moment de la conception, c’est-à-dire que la carte ETX est restée accessible et si la compatibilité du nouveau système d’exploitation avec le matériel été vérifiée, c’est très facile. Ce n’est ni plus ni moins que 4 vis à dévisser, et à remettre après la pose de la nouvelle carte », commente Michel Voisin d’Advantech. La seconde nouveauté qu’apporte l’ETX, c’est un effet de gamme de facto : le développeur a 35 Tendances Un aperçu de l’offre Constructeur Nom Chipset Processeur Fréquence processeur Fréquence de bus système DRAM Max Audio Processeur Graphique Puissance Dissipée Kontron ETX-mgx CS5530 Geode 200 MHz 66 MHz CS5530 ETX-P1 ALi1541 ALi1543C VIA Twister Pentium w/MMX 266 MHz 66 MHz Pentium III 133 MHz VIA Twister VIA EDEN Advantech ETX-C3 EDEN SOM- 4450 Cx5530 Advantech SOM- 4451 Advantech 256 Mo 1 x SO-DIMM 256 Mo 1 x SO-DIMM 512 Mo 1 x SO-DIMM 256 Mo 1 x SO-DIMM 256 Mo 1 x SO-DIMM 512 Mo 1 x SO-DIMM 512 Mo 1 x SO-DIMM 512 Mo 1 x SO-DIMM 256 Mo 1 x SO-DIMM 3W alimenté en 5 V 7W alimenté en 5 V 10 à 20 W alimenté en 5 V 6à8W alimenté en 5 V 7,5 W alimenté en 5 V 9,5 W alimenté en 5 V 15,5 W alimenté en 5 V 16,5 W alimenté en 5 V 35 W alimenté en 5V ETX-P3/C3 133 Mhz Geode GX1 300, 400, 500 et 700 MHz 400, 667et 800 MHZ 300 MHz SIS 552 SiS 552 200 MHz 100 MHz SOM- 4470 Intel 440 BX Pentium III 100 MHz Advantech SOM- 4472 VIA Twister T VIA Ezra 400, 500 et 700 MHz 800 MHz Ibase ET863 VIA Twister T VIA C3 (eden) 667 MHz 133 MHz en effet la possibilité de développer une bonne fois pour toutes sa carte d’accueil sur laquelle se trouve l’essentiel de l’application et choisir de décliner son application avec plusieurs types de processeurs au format ETX. Il peut ainsi disposer facilement et rapidement de toute une gamme de produits. Si les avantages de ce concept s’arrêtaient là, on ne prendrait même pas la peine d’en parler. Il reste en effet à aborder les facteurs déterminants pour la réussite de ce standard, en l’occurrence le coût et le temps de développement. « Avec le PC/104,passé quelques centaines d’exemplaires on se rend compte que le coût est tel qu’il vaut mieux développer une architecture spécifique », argumente Sébastien Pineau, directeur général de Kontron Embedded Module. Même constat pour Michel Voisin d’Advantech : « Avec ce nouveau standard, on sort complètement du domaine du prototypage ; même pour plusieurs milliers de cartes,l’ETX reste profitable ». Passant de la théorie à l’exemple concret, celui-ci ajoute : « Nous avons même un client en Asie qui nous commande 10000 cartes par mois! » Ainsi, ce concept astucieux, vise un marché bien défini : moins encombrant et moins coûteux que Quatre vis suffisent pour connecter la carte ETX à la carte d’accueil. On aperçoit les connecteurs X1, X2, X3,X4 en blanc sur la photo. 36 100 MHz 133 MHz NS LM4548 (AC97) ESS ES1938S (PCI) VIA VT82C686B (AC97) VIA VT82C686B (AC97) CX5530 ATI Rage Mobility S3 Savage 4 (VT8603C) S3 Savage 4 (VT8603C) CX5530 SIS552 SIS 552 ESS ES1989 (AC97) VT82C686 (AC97) VT82C686B (AC97) AGP 2X SMI Lynx 721 S3 Savage 4 (VT8606) S3 Savage 4 (VT8606) La carte ETX est doté d’un connecteur SO-DIMM 144 broches pour l’adaptation d’une mémoire SDRAM:long connecteur blanc sur la photo. le PC/104, plus puissant que le DIMM/PC ou le SOM, à mi-chemin entre le développement spécifique et l’intégration de cartes standards, l’ETX est typiquement destiné à des applications embarquées dont les volumes sont compris entre 250 et quelques milliers, voire même quelques dizaines de milliers de cartes par an. Pour les très petites quantités, l’intégrateur a intérêt à acheter des cartes du commerce prêtes à l’emploi. Pour les très gros volumes, les processeurs embarqués classiques ainsi que le développement propre redeviennent plus avantageux. Pour ce qui est du temps de développement, l’efficacité est réellement séduisante. Une application que l’on développe spécifiquement met environ huit à neuf mois pour aboutir. Cela comporte de sérieux risques et l’éventualité de ne pas être «Time to Market ». De plus, comme le rappelait Yves Bourdon, p.-d. g. d’Erim dans notre rubrique Forum d’avril 2002, paradoxalement le savoir-faire sur l’architecture PC (Bios et Hardware) est souvent très empirique ; il est difficile de trouver de vraies compétences. L’ETX permet d’externaliser le développement du processeur en confiant cette activité à des experts. En outre, une application basée sur ETX peut être prototypée le premier mois et produite le deuxième mois. C’est exactement ce qui s’est passé pour un client de Kontron réalisant des graveurs de CDs professionnels. Advantech, de son côté, propose un programme propriétaire plus que séduisant baptisé DTOS (Design To Order Service), qui consiste à livrer à ses clients 3 prototypes en un mois, une fois le cahier des charges établi. Les risques financiers sont véritablement réduits. Enfin, Advantech comme Kontron proposent même à leurs clients de réaliser la carte d’accueil basée sur un développement ETX. L’externalisation est alors complète. Avec tous ces arguments, l’ETX semble promis à un avenir radieux. Du reste, Sébastien Pineau de Jumptec-Kontron, résume le phénomène en une phrase : « L’ETX est amené à devenir le standard incontournable dans le domaine du développement propriétaire embarqué ». Pour finir de vous persuader, il vous invite à télécharger les spécifications de l’ETX qui sont libres d’accès et disponibles sur le site www.jumptec.com. Bertrand Braux MESURES 751 - JANVIER 2003
