Les petits calculateurs de terrain durcis cherchent leur
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ANALYSE Sous-systèmes Les petits calculateurs de terrain durcis cherchent leur voie entre formats propriétaires et standards Le marché des petits calculateurs embarqués de terrain SFF (Small Form Factor) utilisés dans les domaines de la Défense et du mil/aéro se structure autour de plusieurs standards émergents, tous issus des travaux du comité Vita et soutenus chacun par des groupes d’industriels. En parallèle, quelques sociétés préfèrent développer leurs propres concepts. Parmi les standards émergents, le Vita 74 semble prendre du poids sur le marché avec Themis Computer en avant-poste qui propose à son catalogue ce modèle dit NanoATR. S uivre la norme ou ne pas la suivre ? Et si on s’engage derrière un standard, faut-il opter pour celui-ci plutôt que celui-là ? Shakespeare n’aurait pas pu mieux dire face à la situation qui règne sur le marché des SFF (Small Form Factor), ces petits calculateurs de terrain durcis utilisés dans les domaines du mil/aéro et de la Défense. Petits mais costauds, les calculateurs SFF se conforment au slogan du SWaP-C (Size, Weight and Power – Cost), un mantra maintes fois répété par les responsables marketing des secteurs susnommés. Pour les équipementiers de la Défense, il s’agit de fournir aux armées des ordinateurs de terrain puissants, capables de traiter de grosses masses de données, dotés d’interfaces de communication multiples, affichant les dimensions les plus faibles possible, un poids plus que raisonnable, un appétit de moineau en termes de consommation électrique, le tout pour une bouchée de pain, tant en termes de coûts d’achat que de possession. Pour résoudre cette quadrature du cercle, les fournisseurs de calculateurs industriels se rangent depuis deux 20 / L’EMBARQUÉ / N°4 / 2013 ou trois ans dans deux camps différents : ceux qui fournissent des systèmes qui se conforment à des standards SFF récents, et ceux qui préfèrent suivent leur propre chemin. Les produits estampillés Vita 74 arrivent sur le marché Dans le premier camp, on trouve notamment la société Themis Computer, pionnier dans la fourniture de calculateurs SFF conformes au standard Vita 74, dont la société est un fervent défenseur… puisqu’elle en est à l’origine ! Ratifié en 2013, le Vita 74, soutenu aussi par le suisse CES et l’américain Curtiss-Wright, s’appuie sur des standards existants comme le PCI Express, les spécifications de modules processeurs ou d’autres normes Vita comme le VPX, l’OpenVPX et le FMC. Concrètement, la spécification définit un module de base de 75 x 89 x 12,5 mm, constitué d’une carte intégrée dans un boîtier métallique scellé avec refroidissement par conduction. Vient s’y ajouter un module un peu plus épais (19 mm) où peut s’insérer une carte de base, porteuse en sus d’une mezzanine (un COM Express Mini de 55 x 84 mm par exemple). Ces modules viennent se connecter sur un fond de panier via des connecteurs de type FMC à grande densité de broches (200 pour les modules de base, 400 pour les modules étendus). D’un point de vue électrique, la répartition des signaux véhiculés sur le fond de panier reste, quant à elle, identique à celle des signaux VPX 3U. Une caractéristique qui permet de récupérer les logiciels de bas niveau conçus pour les cartes VPX et de reprendre en très grande partie les designs matériels de ces Sous-systèmes mêmes cartes. Dans une utilisation typique, un système NanoATR (c’est le nom de ce type de système décrit dans la norme) peut, dans un volume de 124 x 124 x 111 mm et pour un poids de 2,5 kg, héberger une carte processeur, une carte de capture vidéo ou une seconde carte processeur, une centrale inertielle avec GPS, une carte d’E/S MIL-STD-1553 et une carte de stockage SSD SATA de 1 To. Récemment, Themis (distribué en France par Techway) a étoffé son catalogue de produits Vita 74 avec le NanoPak, une autre implémentation de référence de cette spécification qui se présente sous la forme d’un calculateur autonome, refroidi à la fois par convection et conduction et basé sur une carte processeur architecturée autour d’un CPU Core i7 de 3e génération d’Intel (Ivy Bridge). Conçu pour équiper des drones, des véhicules terrestres sans conducteur ou des équipements portables sur le terrain, ce calculateur occupe un volume de 133 x 93 x 37 mm pour un poids de 0,77 kg. Le Vita 75 émerge, le Vita 73 semble en difficulté Le calculateur Onyx d’Ecrin Systèmes offre l’association originale d’un processeur et d’un GPGPU, couplée à une fonction unique sur le marché de test intégré. ● Le Vita 75, avec ici une première réalisation signée ADLink, semble retenir l’attention des grands équipementiers. ● cartes de moitié par rapport au traditionnel VPX 3U (100 x 90 mm). Ces cartes dites microVPX sont par la suite intégrées dans des châssis durcis, refroidis par conduction. D’après les spécifications Vita 75, ces cartes sont soit insérées dans des châssis de 4 ou 5 emplacements maximum, soit empilées les unes au-dessus des autres, un peu à la manière du PC/104. Concurrent directe du Vita 74, le Vita 75 se distingue par le fait que les grands sous-systémiers américains du secteur de la Défense et de l’aéronautique, comme Curtiss-Wright Controls Defense Solutions ou GE Intelligent Platforms, se sont engagés publiquement à soutenir ce standard. Aujourd’hui, ADLink propose donc une implémentation commerciale du Vita 75 avec un système de 63,5 (ou 100) x 150 x 203,4 mm basé sur une carte processeur architecturée ANALYSE autour du Core i7 d’Intel (1,7 à 2,5 GHz suivant les modèles) et couplée à un GPGPU (AMD ou VIA à travers une carte MXM) et à des E/S dédiées à des caméras et des bus de terrain. La solution offre, entre autres, 16 Go de mémoire DDR3, deux disques durs RAID 0/1, 4 ports USB 3.0, 4 liens Ethernet et 3 ports graphiques (HDMI, DisplayPort, DVI). Le système est proposé en version « très » durcie (- 40°C à + 85°C) avec une plaque de refroidissement sous le châssis, ou en version durcie avec convection naturelle (- 40°C à + 75°C). Les choses seraient relativement simples si on en restait là. Mais un troisième standard existe sur le marché, le Vita 73 ! Certes, ce dernier est porté à bout de bras par une seule société dans le monde, l’américain PCI Systems qui est à l’origine de cette spécification et qui doit se sentir un peu seul. Rappelons brièvement que le Vita 73 consiste à reprendre le format 2,5 pouces répandu dans le domaine des disques durs (78 x 101 mm) pour réaliser des cartes qui s’insèrent au sein de petits châssis cubiques dotés d’un nombre d’emplacements limité à huit. Le groupe de travail du Vita 73 n’a pas défini, comme pour les spécifications Vita 74 et 75, un format de châssis, mais seulement la taille des modules et le fond de panier (avec l’allocation des broches), laissant entière liberté aux intégrateurs pour construire des châssis adaptés aux applications rencontrées. L’ave- Autre société à suivre la voie des standards (mais pas le Vita 74), le taïwanais ADLink a lancé il y a quelques semaines le système durci HPERC-IBR (High Performance Extreme Rugged Computer), qui est l’un des premiers ordinateurs industriels de terrain conformes aux spécifications Vita 75 20/21/22, officialisées par le comité Vita en 2012. Ces spécifications définissent notamment un facteur de forme de petite taille qui reprend la connectique du VPX tout en réduisant la superficie des L’EMBARQUÉ / N°4 / 2013 21 ANALYSE Sous-systèmes nir de cette troisième voie semble cependant quelque peu compromis, tant cette approche manque de soutien affiché de la part des poids lourds du secteur. Et si on pensait « format propriétaire »… Passant outre les standards, d’autres fournisseurs, et non des moindres, ont décidé de poursuivre leur route avec leurs propres solutions. C’est le cas par exemple de l’allemand Kontron qui, tout récemment, a doté son calculateur durci Cobalt d’entrées/ sorties étendues et d’un processeur Core i7. Destiné lui aussi à une utilisation en environnements sévères dans les domaines de la Défense, de l’aéronautique et des transports, le Cobalt (Computer Brick Alternative) offre jusqu’à cinq interfaces Gigabit Ethernet dans un facteur de forme de 139,7 x 215,89 x 88,89 mm, pour un poids de 2,5 kg. Ce calculateur industriel aux spécifications propriétaires, mais qui rentre clairement dans la catégorie des systèmes SFF (Small Form Factor), est architecturé autour d’un module processeur durci au standard COM Express Type 6. Celui-ci est positionné sur une carte porteuse développée par Kontron et associée à une carte d’interfaces (SIB - System Interface Board), elle aussi conçue par le constructeur allemand. A clé, une offre étendue en entrées/sorties intégrant, outre les ports Ethernet, 4 liens RS-422, un lien RS-232 et deux ports USB 2.0, disponibles en face avant. Intégré dans un châssis doté de l’indice de 22 / L’EMBARQUÉ / N°4 / 2013 Malgré son côté attractif, avec l’utilisation de petites cartes au format d’un disque dur, le Vita 73 soutenu uniquement par l’américain PCI Systems, semble quelque peu encalminé. ● protection IP 67, ce système sans ventilateur fonctionne dans la gamme de température comprise entre - 40°C et + 70°C. Le module processeur au standard COM Express, lui aussi durci, intègre le processeur double cœur Core i7 d’Intel, cadencé à 1,5 GHz et associé au chipset QM77 de l’Américain. Ce module supporte des fonctions ECC (Error Correction Coding) pour les mémoires, des solutions de stockage amovibles SSD et/ou des disques durs mSATA. Enfin, le français Ecrin Systèmes mise beaucoup sur son calculateur embarqué Onyx, qui lui aussi ne suit aucun standard (270 x 250 x 88 mm pour un poids inférieur à 7 kg) et qui est basé sur l’association originale d’un processeur Intel avec un GPGPU E6760 d’AMD. La firme iséroise a récemment annoncé le passage d’Onyx à la 4e génération des processeurs Core i7 d’Intel (connue sous le nom de code Haswell). Et ce, sans qu’il y ait besoin de modifier ni l’électronique de base, ni la mécanique, grâce à la mise en œuvre d’un module au standard COM Express pour la partie unité centrale classique. Outre un gain en performances graphiques d’environ 25 % pour une consommation identique, les améliorations de cette nouvelle version du calculateur SFF Onyx, introduit Le choix d’un format propriétaire, comme ici le calculateur Cobalt de Kontron basé sur le dernier processeur Core i7 d’Intel, offre à son concepteur la liberté de le faire évoluer selon les besoins des utilisateurs. ● dans sa version initiale en 2012, portent sur la mise à niveau de l’accélérateur matériel d’encodage vidéo intégré (Intel Quick Sync Video) qui se dote de nouvelles fonctions comme la stabilisation d’image. Pour le GPGPU, le nouveau jeu d’instructions AVX2 en virgule flottante, dédié aux applications de traitement du signal et de traitement d’images, étend le champ des applications potentiellement ciblées par le calculateur Onyx à l’ISR, aux radars, aux sonars, à la guerre électronique… Au-delà, Onyx se dote d’un régulateur de tension qui autorise de nouveaux modes de veille, d’un système d’économie d’énergie, d’un port VGA accessible directement depuis le processeur (utile pour la mise à niveau de programmes anciens), de versions de Bios GPGPU configurables selon les besoins (fréquence d’horloge, bande passante mémoire…) et d’une interface DisplayPort qui peut être adaptée en sortie d’usine pour fournir également du DVI-D. Quant aux connecteurs MIL-DTL-38999, ils sont réservés pour des sorties de signaux Stanag 3350, RS-343, RGBHV… selon la demande. Autre originalité d’Onyx par rapport à ses petits camarades, la mise à disposition pour les utilisateurs d’un mécanisme innovant de test intégré (BIT, Built In Test) configurable. Une technologie qui permet de décider pour quels composants du système et pour quel niveau de sévérité, l’utilisateur souhaite analyser le calculateur avant son démarrage. Cette fonction unique, une première sur ce type de système selon Ecrin, est basée sur une couche logicielle basse qui communique avec l’UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), logiciel intermédiaire entre le firmware et le système d’exploitation. Indépendante de l’OS utilisé, cette fonction de test peut être activée de manière automatique ou interactive. Elle est évidemment très importante dans les applications où le niveau de sûreté de fonctionnement est très élevé, puisqu’elle permet avant démarrage de détecter un problème sur les composants logiciels ou matériels du système (mémoire, CPU, GPGPU, interface Ethernet, transceivers, Bios…). FRANÇOIS GAUTHIER ET PIERRICK ARLOT Logiciels & systèmes Professionnels de l’embarqué Découvrez le système d’information le plus complet, 100% utile à votre métier ! Une newsletter quotidienne Votre fil d’actualité gratuit Une newsletter hebdo Tous les jeudis, des infos exclusives à forte valeur ajoutée Un magazine 100% numérique, trimestriel, pour une information fouillée, analysée et développée Un site Internet Plus de 1 500 articles par an exclusivement dédiés à l’embarqué Abonnez-vous •Pub 148x210.indd 1 www.lembarque.com 20/03/13 12:52
