Технология UGM: стандартизованная графика для современных встраиваемых систем

Технология UGM:

стандартизованная графика для современных встраиваемых систем

Разработчики встраиваемых систем получили первый «специализированный» графический стандарт для создания унифицированных графических продуктов, подходящих для применения в задачах класса Embedded. Он характерен большими объемами видеопамяти, повышенной механической надежностью и длительными сроками доступности. Модули стандарта UGM (Universal Graphics Module) хорошо адаптированы для использования во встраиваемых системах самого различного целевого назначения.

Леонид АКИНШИН

leonidus a@mail.ru

Традиционно реализация передовой графической функциональности во встраиваемых системах была сопряжена со значительными трудностями как технического, так и маркетингового характера. Наиболее прямой путь — поиск подходящей видеокарты на массовом рынке — редко приводил к успеху. Прежде всего, видеокарт со сколько-нибудь длительными сроками доступно-

сти на массовом рынке просто-напросто нет. Высокие темпы развития офисных и персональных компьютеров приводят к тому, что многие продукты здесь снимаются с производства, едва появившись. Данная ситуация совершенно неприемлема для большинства приложений класса Embedded, где нужны комплектующие с гарантией поставок на протяжении нескольких лет. Парадокс заключает-

ся в том, что если материнские платы, процессоры и ряд других массовых комплектующих существуют в специальных «промышленных» версиях, для которых гарантируется доступность в долгосрочной перспективе, в сегменте видеокарт ничего подобного нет.

К сожалению, сроки доступности — это лишь один из пунктов в длинном списке проблем, подстерегающих разработчиков встраиваемых систем в процессе поиска адекватных графических решений на массовом рынке. Применение в Embedded-проекте любого мало-мальски сложного продукта, адресованного ПК или ноутбукам, неизбежно сопряжено со значительными затратами на техническую поддержку конечного решения. Применительно к обслуживанию графической подсистемы затраты эти складываются из расходов на обновление драйверов, организацию изощренных схем охлаждения (энергопотребление современных видеокарт может достигать 150 Вт) и замену вентиляторов, которые имеют свойство очень быстро ломаться. Хуже того: для многих встраиваемых систем графические карты с массового рынка нередко слишком велики по своим физическим размерам.

Естественной альтернативой поиску готового продукта с требуемыми характеристиками является самостоятельная разработка соответствующего узла или подсистемы. Однако в случае встраиваемой графики и этот путь тернист. Нет никаких гарантий того, что, когда конечная система появится, наконец, на рынке, видеопроцессоры и иные компоненты, на базе которых она построена, еще будут выпускать. Ситуация осложняется значительными затратами и высокими рисками, сопряженными с интеграцией современных графических процессоров и поддерживающей их логики на уровне платы.

Рис. 1. Функциональные блоки графического модуля UGM

Благодаря открытой спецификации UGM (Universal Graphics Module), представленной компаниями Kontron и XGI в феврале 2007 года, все перечисленные проблемы могут стать достоянием истории. UGM — это первый промышленный стандарт на высокопроизводительные графические модули, учитывающий специфику индустрии встраиваемых систем. Спецификация UGM определяет печатные платы размером 84x95 мм, способные обеспечить вывод сложной графики на дисплеи всех основных типов, как популярных, так и перспективных. В отличие от традиционных видеокарт, которые вставляются в слоты расширения под углом 90°, модули UGM устанавливаются параллельно плате-носителю. Это дает востребованную во многих Embedded-приложениях экономию свободного пространства и обеспечивает необходимую степень надежности. Еще одно преимущество стандарта UGM, которое для многих разработчиков станет решающим, заключено в том, что минимальные сроки доступности UGM-модулей составляют от трех до пяти лет. Модули UGM комплектуются качественными драйверами и дополнительным ПО, обеспечивающим простоту реализации в конечных системах тех или иных графических функций. Видеосигналы и данные шины PCI Express (1, 4, 8 или 16 каналов) поступают на модуль UGM через 220-контактный разъем того же типа, что используется на одноплатных компьютерах COM Express/ETXexpress, обрабатываются и через тот же разъем возвращаются на базовую плату (рис. 1). Графический процессор модуля UGM поддерживается локальной видеопамятью объемом до 1 Гбайт. Спецификация UGM 1.0 допускает наличие на одном модуле двух каналов LVDS, двух портов DVI и двух выходов VGA.

Пользователю UGM нужно лишь выбрать те комбинации сигналов, которые наилучшим образом отвечают специфике его задач, и реализовать на базовой плате соответствующие физические интерфейсы. Например, комбинацию из порта USB, выхода DVI и стандартных звуковых портов можно воплотить на базе интерфейса HDMI. Чтобы сделать UGM доступным для подключения к внешним устройствам и средствам отображения, остается разместить на базовой плате соответствующую логику, физические компоненты

и компоненты, реализующие дополнительные функции (например, технологию ИБСР, защищающую видео высокого разрешения от нелегального копирования). Графическая часть системы, каковой является модуль ИОМ (рис. 2), уже полностью готова, не нуждается ни в каких доработках и обеспечена должной программной поддержкой.

Спецификация ИОМ не предполагает организации каких-либо дополнительных кабельных соединений внутри корпуса. В данном отношении модули ИОМ также выгодно отличаются от современных массовых видеокарт, чья передняя панель зачастую слишком узка для реализации всех необходимых портов, и потому их производители вынуждены пользоваться кабелями-врезками. Напряжение питания в стандарте ИОМ заключено в пределах от 12 до 22 В, потребляемый ток может достигать 6 А, что дает максимальную мощность модуля в 132 Вт — величина, вполне достаточная для нормальной работы современных графических алгоритмов. Иными словами, модули ИОМ способны обеспечить высокую производительность даже в самых современных играх и в самых высоких разрешениях.

Продукт ИОМ-М72 производства КоШгоп стал первым реально существующим продуктом стандарта ИОМ, изменившим представления разработчиков о возможностях встраиваемой графики. Графический процессор М728 компании АТ1, на котором построен данный модуль, устанавливается сегодня на самые передовые видеокарты для настольных и мобильных систем. В целях оптимизации энергопотребления текущая версия ИОМ-М72 оснащается мобильным вариантом процессора М72в, который не дотягивает по производительности до своего десктоп-ного аналога, однако для встраиваемого графического модуля и это уже огромное достижение. Следует помнить и о том, что, как говорилось ранее, продукт ИОМ-М72 не будет снят с производства через несколько месяцев после появления, и потому разработчики, ориентирующиеся на долгосрочную перспективу, могут смело включать его в свои планы и роадмапы. Частота видеопроцессора М728 варьируется в пределах от 450 до 700 МГц в зависимости от нагрузки. По сравнению с теми графическими яд-

Использование стандарта UGM 1.0

Об опубликовании первой версии спецификации Universal Graphics Module представители компаний XGI и Kontron объявили на выставке Computex Asia 2007. C этого момента началась жизнь UGM как открытого отраслевого стандарта. Стандарт UGM могут использовать не только XGI и Kontron, но и другие производители — без каких-либо выплат авторам спецификации. Любой разработчик, желающий приобретать или создавать графические модули с длительными сроками доступности, может скачать стандарт UGM с его официального сайта, расположенного по адресу www.universal-graphics-module.org.

В перспективе для регулирования вопросов, связанных с использованием спецификации и торговой марки UGM, предполагается создать специальную организацию, которая будет заниматься дальнейшим развитием стандарта.

рами, что интегрируются в чипсеты, модуль UGM-M72 обеспечивает значительно более высокую производительность, подкрепленную энергосберегающими функциями и гарантиями долгосрочной доступности. Продукт UGM-M72 предназначен для применения во встраиваемых и защищенных мобильных системах, которые необходимо срочно вывести на рынок.

Первым продуктом стандарта UGM стал модуль UGM-M72 холдинга Kontron, он обладает до 512 Мбайт видеопамяти и выполнен на графическом процессоре ATI M72S (рис. 3).

Модуль UGM-M72 (таблица) способен обеспечить быструю работу интерфейса Windows Vista Aero и других современных приложений, использующих самые передовые 3D-функции. Поддерживая алгоритмы DirectX 10 и последние версии технологии Shader Model, графический модуль UGM-M72 способен осуществлять визуализацию в разрешениях вплоть до Full HD (1920x1080) со сглаживанием поверхностей, при этом картинка, отображаемая на подключенном к нему мониторе, будет резкой и насыщенной. Аппаратное кодирование видеопотоков поддержано 128-разрядной памятью GDDR3 объемом до 512 Мбайт, работающей на частотах от 500 до 800 МГц (первые версии продукта UGM-M72 имели 256 Мбайт 64-разрядной видеопамяти GDDR3). Продукт потребляет не более 25 Вт, имеет ряд энергосберегающих режимов и поддерживает технологию управления питанием Powerplay 7.0, повышающую производительность на ватт потребляемой мощности и продлевающую время работы без подзарядки в мобильных приложениях.

Можно предположить, что первыми пользователями UGM станут те клиенты, кто уже знаком с одноплатными компьютерами типа COM (Computer On Module — компьютер на модуле), но желает иметь графику более высокого уровня, нежели чипсетная. По прогнозам

Рис. 3. Модуль UGM-M72 холдинга Kontron

Таблица. Характеристики графического модуля UGM-M72

Графический процессор Процессор M72S компании ATI, работающий на частотах 450-700 МГц

Подключение базовой плате Все интерфейсы и линии питания выведены в 220-контактный разъем AMP/Tyco 3-6318490-6

Питание Напряжение Потребляемый ток 12 В ±5% не превышает 6 А

Взаимодействие с базовой платой Через интерфейс PCI Express x16

Два аналоговых порта RGB (VGA) с 10-разрядной глубиной цвета и полосой пропускания 400 МГц

Видеоинтерфейсы Один ТВ-выход (через второй RGB-порт), поддержка компонентного и полного сигнала, а также формата YUV и ТВЧ-режима 1080i

Один канал TMDS с поддержкой сигналов DVI и HDMI

Один одно/двухканальный порт LVDS

Один порт видеозахвата VIP, удовлетворяющий спецификации ITU-656 и работающий на частоте 150 МГц

Физические размеры 84x95 мм

специалистов холдинга Kontron, ядром этой клиентской группы будут сторонники популярного стандарта COM Express, курируемого консорциумом PICMG и поддерживаемого в настоящее время десятком ведущих поставщиков встраиваемых компьютерных модулей. Однако вскоре ряды пользователей UGM пополнят и те разработчики, которые ранее не применяли готовые модули-компьютеры из-за отсутствия на них интегрированных видеоподсистем достаточной степени мощности. Устанавливая на базовую плату два модуля, один из которых несет ЦП с чипсетом и оперативной памятью (COM), а второй — высокопроизводительный графический процессор с видеопамятью большого объема, разработчики могут действовать весьма гибко и в сжатые сроки создавать решения для различных прикладных задач. Некоторые клиенты предпочтут реализовывать процессор, чипсет и память на базовой плате, а покупные модули использовать лишь для добавления мощной графики. Не исключено также, что изделия UGM будут использовать производители видеокарт потребительского формата. В настоящее время холдинг Kontron изучает емкость этого потенциального рыночного сегмента и возможность включения в орбиту своего влияния тех OEM-клиентов, кто готов выпускать типовые видеокарты

с интерфейсом PCI Express и длительными сроками доступности.

Стандарт UGM позволяет разработчикам навсегда забыть о низкоуровневых графических проблемах как аппаратного, так и программного свойства, поскольку все вопросы такого рода решаются производителями UGM-модулей. Модули UGM комплектуются необходимыми драйверами и представляют собой законченные встраиваемые видеоподсистемы, готовые к немедленному использованию.

Стандарт UGM эффективно учитывает особенности приложений класса Embedded, позволяет интегрировать в них самые передовые графические технологии и пользуется активной поддержкой со стороны компаний-про-изводителей встраиваемых компьютерных модулей. Поэтому рыночные перспективы UGM видятся вполне радужными. Изделия стандарта UGM востребованы в современной медицинской технике типа сканеров и томографов, где нужны большие объемы видеопамяти, в передовых промышленных компьютерах, специализированных операторских дисплеях, игровых приставках и автоматах, торговых и информационных терминалах, а также в разнообразных рекламно-информационных дисплеях, которые устанавливаются в зданиях, общественном транспорте и на улицах.