Микропроцессоры с функциональностью промышленных компьютеров

Йоахим ХЮПЕР (Joachim HÜPPER) Сергей ЩЕДРИН

Между тем рынок промышленных компьютеров насчитывает миллионы единиц, и на нем идет жесткая конкурентная борьба. Типичные применения — информационные системы, как, например, в торговых центрах и аэропортах; фотокиоски; торговые автоматы, особенно в общественном транспорте, а также сфера автоматизации производства. Новые рынки также стремительно развиваются.

Однако при применении классических компьютеров на базе процессоров Репйиш производители сталкиваются с уже названными проблемами. В качестве альтернативы компания Иепе8а8 разработала микропроцессоры семейств 8И-3 и 8И-4 (рис. 1), которые обладают следующими качествами: невысокая стоимость, высокая степень миниатюризации, долгосрочное обеспечение поставки и невысокое потребление энергии. Долгосрочная поставка (как правило, 10 лет) основывается на успехе многих микропроцессоров 8И на рынке автомобильной электроники, особенно для навигационных систем (доля компании Иепе8а8 на этом рынке составляет более 50%). Небольшие размеры обусловлены широким

Микропроцессоры

с функциональностью промышленных компьютеров

Промышленные компьютеры получают широкое распространение в том случае, если проект требует высокой вычислительной мощности и сложного пользовательского интерфейса на уровне ОС Windows или Linux. Но у них есть и недостатки: при массовом производстве стоимость промышленного компьютера слишком высока; если же новое применение требует долгосрочного обеспечения поставки, имеет маленькие размеры или значительно меньшее энергопотребление, то такие компьютеры либо служат очень короткий срок, либо обладают слишком большими габаритными размерами, либо потребляют много энергии. Компания Renesas предлагает семейство микропроцессоров SuperH, которые позволяют решить перечисленные проблемы.

распространением микропроцессоров SH в мобильных телефонах. Так, например, микропроцессор SH7722 происходит из подсемейства “SH-mobile” и работает в более чем 200 моделях мобильных телефонов, где в первую очередь отвечает за такие мультимедийные способности, как воспроизведение видео. Отчасти экстремально малое потребление энергии связано с многочисленными применениями, где подача энергии происходит через аккумулятор, телефонный кабель и кабель USB. Вы видели хоть раз процессор Pentium, который получает питание через USB-порт?

Еще одна отличительная черта продуктов компании Renesas — высокое качество, которое сейчас, насколько это возможно, приближается к известному желанию “zero ppm” многих производителей автомобилей.

Микропроцессоры SuperH основаны на ядрах SH-3 или SH-4. Продукты, базирующиеся на SH-3, предназначены для систем с особенно низкой стоимостью, в то время как SH-4 с мощным модулем для выполнения операций с плавающей точкой разработано для систем с высокими требованиями. Оба процессора — SH-3 и SH-4 — совместимы по коду и обладают модулем MMU, что позволяет применять

их с ОС Linux. Для SH-4 может также применяться Windows CE и QNX. Оба подсемейства имеют кэш-память, модули User/Privileged, Little/Big Endian support и быструю многоприоритетную векторизированную обработку прерывания. Все микропроцессоры подсемейств SH-3 и SH-4 предлагают отладку JTAG с помощью устройства Renesas E10A, а также поддерживаются Lauterbach.

Микропроцессоры SH-3 и SH-4 предлагаются в трех линейках:

• мультимедиа с низким энергопотреблением (категория ниже 0,5 Вт);

• возможность соединения (Ethernet до 1 Гбит)/ мультимедиа (категория 2-3 Вт);

• наиболее высокая вычислительная мощность (2-3 Вт).

Особого внимания заслуживает блок для выполнения операций с плавающей точкой (FPU, Floating Point Unit) в процессорах подсемейства SH-4. Этот блок разработан для графических применений, которые необходимы, например, в видеоиграх или в навигационных приборах. FPU поддерживает до 7 параллельных операций с плавающей точкой. Также поддерживаются алгоритмы цифровой обработки сигналов (DSP) и FMAC.

Таблица. Различия между семействами микропроцессоров SH-3 и SH-4

SH-3 SH-4 SH-4A Примечание

Максимальная частота, МГц 200 240 400 до 600 в 2008 году

Максимальное BMIPS 260 430 720 -

GFLOPS - 1,7 2,8 до 4,2 в 2008 году

Pipeline 5 5 7 -

Выполнение функции Singlescalar Superscalar Superscalar -

Шины нормальные Harvard Harvard -

FPU - Да Да -

SuperHyWay - - Да 3,2 Гбайт/с — пиковая ширина полосы частот

Мультимедиа с низким энергопотреблением

Мультимедиа и возможность соединения

Наиболее высокая

вычислительная

мощность

SH7727

160 МГц

SH775x 240 МГц WINCE

SH7720/2

133 МГц USB, TFT

SH7722 333 МГц USB, TFT, Video

SH7710/12/

200 МГц 2x ether

SH7763

266 МГц 1,8 GFLOPS 1,4 GFLOPS 2X Gether, TFT, PCI, DDR USB, CAN, TFT WIN CE*

WINCE

SH7760

13 200 МГц

SH7780

400 МГц 2,8 GFLOPS PCI, DDR SDRAM WINCE

SH7785*

600 МГц 4,2 GFLOPS PCI, DDR, TFT WIN CE*

2005

2006

2007

2008

SH7723*

400 МГц

SH7764*

324 МГц

SH7J86*

Dual Core

2009

* в разработке

Рис. 1. График развития микропроцессоров БИ-3 и БИ-4 с разделением на 3 категории

От процессора SH-3 к промышленному компьютеру на одном чипе с высокой степенью интеграции

Из трех категорий было выбрано по одному продукту в качестве примера для того, чтобы показать, почему в Европе все больше инженеров и менеджеров из области производства электроники делают выбор в пользу микропроцессоров SH.

Микропроцессор SH7721 (рис. 2) отличается низким потреблением энергии и низкой стоимостью и относится к подсемейству SH-3 с 170 DMIPS, обладает портом и функцией USB и интегрированным контроллером TFT. Также он поддерживает многочисленные последовательные интерфейсы (UART, IIC, SIM, IrDA и т. д.), PCMCIA, таймеры и AD/DA-преобразователь, DMA. Для процессора разработана плата MS7721RP01, работающая под операционной системой Linux (www.superh-linux.com).

Процессор SH7721 идеален для применения в приборах с низкой стоимостью, работающих от аккумуляторов, для которых не-

обходим TFT-дисплей и соединение через порт USB, как, например, переносное устройство для считывания кредитных карт. Список стран ЕС, в которых применение данных устройств является обязательным, все время расширяется, так как, например, при оплате счета в ресторане кредитная карта не должна исчезать из поля зрения ее владельца.

На рис. 3 представлена блок-диаграмма высокоинтегрированного микропроцессора SH7763 с двумя Gigabit-Ethernet, USB, TFT, PCI и интерфейсом DDR-SDRAM.

Микропроцессор SH7763 базируется на современном ядре SH-4A, которое имеет 32-кбайт кэш-память команд и данных. SH7763 оснащен устройством для выполнения операций с плавающей точкой 1,9 GFLOPS, что достаточно для требовательной графики. Для процессора разработана плата YSH7763RDPK под управлением ОС Linux (www.shlinux.com).

Периферия включает таймер, часы реального времени, AD/DA-преобразователь и различные последовательные интерфейсы.

Третий пример — микропроцессор SH7780, он развивает очень высокую вычислитель-

SH-4A CPU/FPU

32 К1 cache 32 К 0 cache 16 К L RAM

Local bus PCI DDR bus

DMA Timers Serial

ADC/DAC PCMCIA WDT/RTC

2x G-ether USB H/F TFT

Рис. 3. Блок-диаграмма ключевых возможностей

микропроцессора вИ7763,

поставляемого в корпусе ВОД с 449 выводами

ную мощностью в 2,8 GFLOPS. Этот процессор также имеет 2x32 кбайт кэш-память и три шины, а именно локальную, PCI и DDR-SDRAM. Периферия включает 10 таймеров, RTC, последовательные интерфейсы и контроллер NAND-Flash памяти.

Для микропроцессора SH7780 компания Emtrion разработала плату HICO.SH7780 (рис. 4). Она содержит дополнительно 32 Мбайт Flash, 128 Мбайт DDR SDRAM, адаптер VGA, USB, Ethernet, CAN, CF и разъем Micro-SD и доступна не только в виде платы разработчика, но и в больших количествах для производства (www.emtrion.com).

Без сервисной поддержки это ничего не дает...

Компания Emtrion — образцовый пример отличной сервисной поддержки, которую оказывают микропроцессорам SH опытные системные интеграторы. Emtrion — не только официальный партнер компании Microsoft для Windows CE, но и обладает большим опытом по работе с ОС Linux и QNX. Еще одна особенность компании — это «ноу-хау» в разработке аппаратной части.

Разработка электронных модулей с микропроцессорами в области частот в несколько сотен МГц является нетривиальной задачей. С такими партнерами, как ЕтМоп, компании, которые до сих пор использовали только 8-битные микроконтроллеры, могут осуществить переход в область процессоров класса Репіїит. Они могут сконцентрироваться на своем проекте и передать Етйоп сложную часть программной и аппаратной интеграции.

Выводы и перспективы

С малым промежутком времени компания Иепе8а8 разрабатывает все новые продукты подсемейств микропроцессоров 8Ы-3 и 8И-4. В 2008 году были запланированы как минимум 4 новых продукта, среди них с тактовой частотой 600 МГц, аппаратной частью для ускорения 3Б и ориентацией на управление ТБТ большого разрешения. В 2009 году запланирован выход на промышленный рынок пер-

вого продукта с двумя ядрами. SH-3 и SH-4 — миниатюрные, высококачественные, энергоэкономичные микропроцессоры с сервисной поддержкой многочисленных инженеров компаний Renesas и Emtrion, а также с постоянно расширяющейся сетью системных интеграторов. Платы и программное обеспечение, как, например, Linux BSPs, можно заказать или скачать с Интернета, а более сложное и специальное программное обеспечение — приобрести.

Партнеры Renesas в РФ и СНГ

Arrow Electronics МТ-систем Симметрон БИС Электроник РСП

Russia www.mt-system.ruwww.symmetron.ru www.bis-el.kiev.ua www.rssp.ru

apashkevich@arrowce.com shedrin.s@mtgroup.ru alexander.smirnov@symmetron.ru vitaliy_pindura@bis-el.kiev.ua zaharevich@rssp.ru

тел.: +7 495 626 5597 тел.: +7 812 325 3685 тел./факс: + 7 495 797 5535 тел.: +380 44 490 3599 тел./факс: +375 17 207 0073

123242, Москва, 198099, Санкт-Петербург, 125315, Москва, 03680, Киев, 220108, Минск,

ул. Конюшковская, д. 28 ул. Калинина, д. 13 ул. Усиевича, д. 24/2 ул. Радищева, д. 10/14 ул. Корженевского, д. 19