Grafikprestanda blir allt viktigare inom transportområdet. Susanne Bornschlegl från MEN Mikro Elektronik GmbH beskriver här hur kraftfull grafik och låg energiförbrukning kan kombineras i en box-PC.

Den som söker sig kring efter en industriklar box-PC idag blir rätt bortskämd när det gäller valmöjligheter. Det tycks som om det finns en produkt för vartenda nischområde. Problemet är dock att det verkar uppstå allt fler nischområden. Inom transportområdet ökas kraven hela tiden – bl a avseende grafikmöjligheter. Vad kunde vara mer naturligt nu än att använda ett modulärt systemkoncept?
Embedded-området har inte varit känt för att ställa speciellt höga krav på grafikprestanda hos systemen. Och hur mycket av prestanda behöver man egentligen hos den grafiska displayen i ett system för maskinstyrning? På senare tid har dock embedded-elektroniken gjort insteg även inom området mobila applikationer.
Speciellt inom publika transporter ökar kraven ständigt. Fler och större skärmar håller passagerarna informerade, vilket gör att elektroniken kräver bättre grafikmöjligheter än någonsin. I bakgrunden kan en dator också anslutas till de faktiska fordonsfunktionerna och där utföra även andra uppgifter.

CPU- och GPU-orienterat på ett och samma chip
AMDs koncept med s k APUer kom vid exakt rätt tidpunkt. APU står för Accelerated Processing Unit, vilket redan ger oss en aning om vad det handlar om: Förutom en vanlig x86-CPU integrerar chipet också en GPU (Graphics Processing Unit) ur AMDs Radeon-serie, med prestanda på samma nivå som hos ett dedicerat grafikkort.
Detta har givit AMD möjlighet att reducera den 3-chipslösning – med processor, Northbridge och Southbridge – som hittills varit vanligast med en utrymmesbesparande 2-chipslösning. Denna ansats, som är idealisk för embedded-applikationer som absolut kräver kompakta dimensioner, ledde år 2011 till att AMD lanserade sina processorer i Embedded G-Series.
Jämfört med den kraftfulla kombinationen av en vanlig processor och ett separat grafikkort ger den nya ansatsen väsentligt lägre effektförbrukning. En 1,0 GHz, dual-core G-T40R med integrerad Radeon HD 6250-grafik har en maximal TDP (Thermal Design Power) på bara 5,5 W.

BC50M med sin modulära elektronik

APUerna i Embedded G-Series har kommit att bli kärnan i en ny serie box-PC och displaydatorer från MEN. Den första box-PC som lanseras är BC50M, som i standardutförande är utrustad med en av de mest kraftfulla embedded-AMUerna: G-T48N, som kombinerar en 1,4 GHz dual-core CPU och en Radeon HD 6310. Maximala TDP, d v s den maximala förlusteffekten, är 18 W.
MEN har konstruerat systemet på så sätt att BC50M kan användas tillförlitligt i många år under extrema förhållanden. En typisk MEN-produkt är specificerad att uppfylla kraven i järnvägsstandarden EN 50155, m fl. Temperaturklassen Tx i denna standard kräver full arbetsfunktion mellan -40 och +70 C, och under tio minuter även upp till +85 C. Slutligen har BC50M konstruerats som en underhållsfri enhet, och detta har uppnåtts utan att någon fläkt används.

För mycket av det goda?
Om man tänker på att moderna bussar säkert har luftkonditionering kan man ju fråga sig om sådana temperaturspecifikationer verkligen behövs. Men busstillverkarna har en mer global syn på saken, för de vill inte att deras produkters funktion skall vara beroende av säsonger och geografiskt läge. Det ställs helt andra krav på datorerna ombord på en buss mitt på dagen i Dubai än under en kall och regnig dag i London.
Bussar i ökenklimat är naturligtvis luftkonditionerade. Men den varma luft utifrån som tränger i vid varje hållplats utsätter den interna elektroniken för höga påfrestningar, speciellt om enheten är installerad direkt ovanför förarstolen – vilket faktiskt är fallet i en konkret applikation. I detta fall kan datorn ta över ett antal uppgifter, t ex att registrera tryck på stanna-knappen och styra visningen av nästa hållplats utgående från fordonets verkliga position. Dessutom sänder den tillförlitlig passagerarinformation eller reklam till minst två oberoende displayer, t o m i full HD-upplösning eller bättre.

Avstämda komponenter
Fläktar konsumerar extra effekt, är otillförlitliga och måste underhållas med jämna mellanrum. Det finns inte mycket gott att säga om dem. Ett sofistikerat kylningskoncept krävs om en krets så kraftfull som BC50M skall kunna användas även i de mest extrema omgivningstemperaturer utan fläkt.
I detta fall startade man med konstruktionen av själva huvudkortet. Här användes speciella material som valdes ut med hänsyn till deras termiska konduktivitet, och de sprider värmet bort från de kritiska punkterna i systemet på optimalt vis. Eftersom kretskort och kapsling konstruerades för att passa varandra redan från början kunde mycket varma delar som APUn ges direkt kontakt med kapslingen med hjälp av kylpasta.

De släta sidorna hos kapslingen kan utökas med extra kylflänsar

Tack vare sina kylflänsar fungerar även själva kapslingen som en extra kylare för hela systemet. BC50M kan arbeta vid +70 C, och MENs sofistikerade konstruktion har avsevärt utökat denna processors användningsområde. Om detta inte räcker kan extra kylflänsar läggas till på kapslingens sidor, vilket möjliggör kontinuerlig drift vid +85 C. Detta överträffar t o m kraven enligt EN 50155, temperaturklass Tx.
Totalt kan kapslingen hantera upp till 25 W effektförluster utan fläkt. I den kraftfulla standardversionen fungerar enhetens APU med sina maximala 18 W utan problem.

Vill ni ha mer?
När komponenter är så väl avstämda till varandra uppstår ibland den nackdelen att resultatet är kraftfullt men samtidigt inflexibelt. Men BC50M ger ändå stora möjligheter: Dess I/O-kort har som standard två DisplayPort-utgångar, två Gigabit Ethernet-portar, HD-audio och USB 2.0. En integrerad FPGA gör att ytterligare två gränssnitt, som UARTar, IBIS eller CAN-bus, enkelt kan implementeras med hjälp av vanliga mezzaninkort ur MENs produktserie SA-Adapter.
Två kortplatser för PCI Express Mini Card gör BC50M än mer flexibel. De möjliggör trådlös kommunikation, med de nödvändiga antennkontakterna framdragna till frontpanelen. Datorn kan kommunicera via WLAN, UMTS eller GSM, positionera sig själv via GPS och t o m fungera som WiFi-hotspot.
För att undvika trådlösa förbindelser med flaskhalsar eller höga roaming-avgifter kan man ansluta två SIM-kort. Deras exakta allokering styrs av mjukvara, vilket gör att datorn kan växla mellan de båda SIM-korten när man befinner sig vid gränsen mellan två länder.
Det är självklart att en kompakt och robust dator inte skall ha några rörliga delar. Men BC50M ger ändå möjligheten att integrera en SATA-hårddisk. För mer kritiska mobila applikationer väljer man dock hellre att använda dess mSATA-kontakt eller ett SD-kort för masslagring. Normalt behöver man inte mer, och ett anpassat Linux-operativsystem får plats t o m på ett 2 GB SD-kort.
De höga kraven inom mobilområdet gör också att man måste följa gällande standarder och skaffa extra certifieringar. Och även här kan flexibiliteten vara en fördel som besparar kostnader. BC50M har redan ett spänningsaggregat som uppfyller kraven enligt järnvägsstandarden EN 50155. Fronten har skyddsklass IP20, och sidorna IP40. Vid behov går det också att få IP65.
I vårt applikationsexempel ombord på en buss är den anpassade versionen naturligtvis e1-godkänd – detta är ett baskrav för applikationer inuti ett fordon. Generellt gäller att MENs datorer är preparerade för e1. Godkännande (approval) skaffas endast vid behov.

Kompakt men ändå flexibel
Många system gör anspråk på att vara kompakta och modulära. Ett bussbaserat plugin-system ger mycket hög flexibilitet med integration av alla slags funktioner. Men ändå kan sådana lösningar knappast hålla jämna steg med den grad av kompakthet och kostnadsfördelar som en box-PC ger. Det är här som det systemkoncept som används i BC50M kommer in: Genom att de externa gränssnitten separerats från huvudkortet går det att implementera mycket olika systemvarianter baserade på den APU-drivna systemkärnan och anpassade till kundkraven – t ex upp till fyra DisplayPort-utgångar (2×2) eller ytterligare kundanpassade I/O-funktioner.

BC50M är speciellt anpassad för fordonstillämpningar

Till och med formen på kapslingen kan varieras efter behoven. En av de första anpassade versionerna hade t ex dubbla bredden jämfört med standardmodellen, detta för att ge plats för ett stort antal gränssnitt direkt på frontpanelen. De många valmöjligheterna och konfigurationsnivåerna gör att man kan reducera kostnaderna genom att konfigurera box-PCn exakt för den uppgift den skall utföra.
BC50M är ett bra val som en robust boxdator eller som en central elektronikkomponent för en panel-PC som måste klara extrema, och då speciellt mobila, miljöer, även om man inte behöver de excellenta grafikprestanda som AMD ger. Man får fortfarande en ovanlig, men ytterst tilltalande kombination till ett attraktivt pris.

M står för mobilt
BC50M är en underhållsfri box-PC som konstruerats för användning i mobila applikationer, t ex i tåg eller kommersiella fordon, och den uppfyller därför de tillämpliga kraven. Dess styrka är den modulära uppbyggnaden som baseras på de avancerade grafikprocessorerna i AMDs Embedded G-Series. Alla slags varianter och konfigurationsnivåer är möjliga, och allt detta med elektronik som är enkel att anpassa inuti enheten. Tillsammans med en display kan den bilda en fullödig panel-PC. I samtliga fall förblir den en kompakt och prisbillig lösning.
Susanne Bornschlegl,  Senior Technical Writer, MEN Mikro Elektronik GmbH

Filed under: Kortsystem