Embedded Computing mit x86er-Technologie war schon immer die Domäne der höchst flexiblen Code-Portierung, was hohen Investitionsschutz bietet und auch kleinere Stückzahlen ermöglicht. Der Mainstream in der Prozessorentwicklung ging jedoch lange Zeit immer nur in eine Richtung: mehr Leistung. Das Erreichen stets besserer Benchmark-Werte schien das alleinige Ziel. Dennoch: Es blieb weiterhin ein Markt für die vielen kleineren Applikationen bestehen, den die großen Prozessoranbieter in der Vergangenheit aber nicht mehr aktiv adressiert haben. Designs, die beispielsweise auf Basis von 400-MHz-Prozessoren entwickelt wurden, haben folglich kaum Innovationen in ihrer Performance-Klasse erfahren. Sieben Jahre Langzeitverfügbarkeit gab es dazu zwar im Embedded-Segment inklusive. Danach war  Schluss – und so ist es zumeist heute noch. Was macht aber ein OEM, der nicht mehr Performance braucht? Er versucht das bestehende Design so lange wie möglich am Leben zu erhalten. Irgendwann aber muss auch er nach Alternativen suchen.

Die Ultra-Low-Power-Klasse

In diesem sehr lukrativen „Long Tail“-Feld hat sich der Prozessorhersteller DMP positioniert und ist seit mehr als 20 Jahren erfolgreich. Seine x86-Vortex-Prozessoren sind der Ultra-Low-Power-Klasse zuzuordnen und liegen damit weit unterhalb von Atom. Sie unterstützen sowohl aktuelle Schnittstellen wie PCIe als auch weiterhin Legacy-Interfaces wie ISA. Die ­Lösungen sind demnach auch für eine ­Vielzahl von Retrofit-Applikationen geeignet. Weitere Vorteile der Vortex-Prozessoren: Die Code-Portierung ist wie bei allen x86ern gewohnt einfach und der Support ist für alle gängigen Betriebssysteme inklusive.

Sogar die Java-basierte Arduino-Entwicklungsumgebung wird unterstützt, die oft ­benutzt wird, um vergleichsweise ­einfache Anwendungen zu erstellen. Perfekte Voraussetzungen also für ­effiziente HMI-Applikationen mit IoT-Anschluss.

Neuer Absatzmarkt

Derzeit eröffnet sich mit dem IoT-Trend verstärkt eine vollkommen neue Absatz-Dimension: Die Prozessoren werden zu den entscheidenden Leistungsträgern der Edge Devices des IoT, die in Millionen Stückzahlen – unter anderen als Smart Meter – installiert werden. IoT-Devices brauchen oft nur eine geringe Performance-Bandbreite, da eine Vielzahl der Berechnungen in die Cloud ausgelagert werden, so dass vor Ort nur noch ‚Thin Client‘-Applikationen oder weniger komplexe dezentrale Steuerungsaufgaben übrig bleiben. Und diese können mit einfacherer x86er-Prozessortechnik sehr effizient umgesetzt werden – vorausgesetzt sie unterstützen einen geringen Energiebedarf.

Vom Nachfolger zum Vorreiter

Mit diesem Bedarf an energieeffizienten, intelligenten IoT-Devices mit x86er-Kompatibilität beginnt für DMP folglich eine ganz neue Ära – denn die Vortex-Prozessoren folgen nun nicht mehr dem langen Fahrwasser der Mainstream-x86er-Technik, sondern sind mit ihren Ultra-Low-Power-Profilen zu den Flaggschiffen des x86er-Einsatzes in IoT-Applikationen mit Small-Form-Factor (SFF) geworden. DMP als Anbieter von x86ern hat dabei bereits eine breite Palette an aktueller Ultra-Low-Power-Prozessortechnik, die beispielsweise mit Vortex86EX-Prozessoren bei 400 MHz Prozessortakt Systemdesigns ermöglichen, die inklusive Display lediglich 5 W aufnehmen. Zum Vergleich: Als diese Performance-Klasse damals erstmals erreicht wurde, brauchte alleine der Prozessor bereits rund 25 W TDP (Thermal Design Power: thermische Verlustleistung des Prozessors).

Das gesamte aktuelle Portfolio von DMP liegt im Vergleich dazu unterhalb von 2 W TDP. Benötigt wird also weniger als 8 % zum damaligen Benchmark, sprich, es ist um ein Vielfaches effizienter. Ein geringer Energiebedarf erleichtert das Systemdesign enorm, da weder Heatpipes noch aktive Lüfter benötigt werden, so dass komplett passiv gekühlte Systeme ohne jegliche geführte Luft einfach umsetzbar sind. Gute Voraussetzungen also für den Nonstop-Betrieb von IoT-Devices, die auch problemlos mit solargespeisten Akkus betrieben werden könnten. Der nicht vorhandene Kühlungsbedarf macht die Lösungen durch nicht erforderliche ausladende Kühlkörper auch leichtgewichtiger. ­Zudem sind die Kosten für den Material­einsatz gering.

Da die Ultra-Low-Power-Vortex-Prozessoren von DMP offene x86er-Plattformen sind, profitieren Anwender vom Software-Support der gesamten Entwicklergemeinschaft. Betriebssystem-Support wird unter anderem für Windows, Linux und DOS sowie VxWorks und QNX und die Java-basierte Arduino-Entwicklungsumgebung geboten.

Panel-PC fürs IoT

Der ICOP HMI-043T mit 4,3-Zoll-Touchscreen bietet x86er-Kompatibilität bei lediglich 5 W Leistungs­aufnahm. Er besticht durch seine geringen Abmessungen.

© Icop

Ein mögliches Einsatzgebiet des Vortex86EX-Prozessors ist die Verwendung in Panel-PCs. Icop Technology hat sich darauf spezialisiert, die Prozessoren auf Board- und System­ebene für Automati­sierungsanbieter und OEMs anzubieten. Der Panel-PC ICOP HMI-043T mit 32-bit/400-MHz-DMP-Vortex86EX-Prozessor und 4,3-Zoll-Touchscreen ist x86-kompatibel bei lediglich 5 W Gesamtenergie-Aufnahme und wiegt 300 g. Mit kleinen Abmessungen, dem sogenannten Small-footprint-Design und einem geringen Energiebedarf sind die Produkte prädestiniert für das IoT. Anwendungsbereiche reichen von HMIs für Maschinensteuerungen und Kontrollsysteme über Smart-Grid-Applikationen und das Verkehrswesen bis hin zu Panels für Home-Automation. Ebenso ist das Produkt für digitale Ausschilderungssysteme oder Verkaufs- und Informationsterminals geeignet.

Wegen des geringen Energiebedarfs reicht eine Stromversorgung über Ethernet (Power over Ethernet), was den Verkabelungsaufwand hin zum (Cloud-)Server oder Steuerungsrechner auf ein zentrales Ethernet-Kabel reduziert. Der Platz für die ausführbaren I/Os ist zwar begrenzt. Dennoch wird mit LAN, USB und CAN/RS 232/485 bereits ein Standard-Featureset geboten, das für viele Mini-Panel-PCs mit IoT-Anschluss hinreichend ist. Der integrierte SD-Slot unterstützt Speichermedien mit bis zu 4 GByte, was Platz für Betriebssystem, Applikationen und Daten schafft. Zusätzlich bietet das System ein modulares I/O-Konzept, das über Embedded-Steckverbinder verschiedene Mezzaninekarten ‚huckepack‘ nehmen kann, um so individuelle I/Os auszuführen. Ein WLAN-Modul ist bereits als fertige Baugruppe verfügbar. Weitere individuelle Erweiterungen wie GPIOs, serielle Schnittstellen oder USB sind möglich. Alle diese Funktionen sind bereits im Prozessor integriert und bei Bedarf zuschaltbar. Das Systemdesign ist als Open-Frame-Lösung umgesetzt. Das bedeutet: OEMs können das Board, die I/O-Erweiterung, das Display und den resistiven Touchscreen als modulare Komponenten beziehen und so nahtlos in ihre Maschinen und Anlagen integrieren. Alternativ stehen gehauste Varianten aus aluminiertem Stahl zur Verfügung.

Autor: Karl H. Bayer ist Director European Sales bei Icop Technology.

Die technischen Daten

Die Abmessungen des DMP Vortex86EX-Prozessors belaufen sich auf nur 16 mm x 16 mm.

© Icop

Der Vortex86EX-Prozessor von  DMP ist ein kompakter Ultra-Low-Power-System-on-Chip mit einem Energiebedarf unter 2 W TDP. Er bietet bis zu 500 MHz x86-Prozessorperformance mit 32 bit und arbeitet mit DOS, Windows, Linux, QNX, VxWorks und weiteren gängigen Echtzeit-Betriebssystemen. Er unterstützt DDR3, 2,5 GHz PCIe-Bus, ISA, I2C, SPI, IPC (Internal Peripheral Controllers mit DMA und Interrupt Timer/Counter), Fast Ethernet, Fifo Uart, USB2.0-Host und SD/SATA. Neben diesen Standard-Features bietet der Vortex 86EX ein individuell auslegbares, echtzeitfähiges I/O-System, was sehr individuelle Peripherie-Anbindungsoptionen mit zum Beispiel 80 frei programmierbaren GPIO bietet sowie auch Motion-Control-Funktionen unterstützt.