以小尺寸设计实现可扩展性和迁移

可扩展性为不同的嵌入式应用程序带来不同的优势。性能、互操作性、功耗、温度阈值、图形处理——所有这些都是确定是否需要可扩展平台作为下一代应用程序迁移路径的潜在因素。

在可扩展性方程中，优先关注取决于设计目标及其嵌入式环境。嵌入式设计人员在选择具有适当迁移路径的平台时，必须超越他们当前的设计，并进行战略性思考，以提高使用寿命、功能集和性能。与此同时，设计人员必须将产品快速推向市场，从而通过经过验证的、基于标准的嵌入式平台以及可重复使用的设计布局来最大限度地缩短开发时间。

小尺寸 COTS 平台稳定地满足了 OEM 的可扩展性和迁移路径需求，支持各种 CPU 内核，在一系列应用程序和市场中提供不断增加的计算能力和改进的性能。在过去的十年中，计算机模块 （COM） 使设计过程变得更加容易，提供了具有广泛供应商支持的基于标准的解决方案。

使用 COM，设计人员可以拥有广泛的资源生态系统来管理迁移，以及通过定制载板添加新功能所需的设计灵活性。继续为设计人员提供长期选择的小尺寸示例是 COM Express，它始终如一地在性能、低功耗、卓越的图形处理和扩展温度操作方面提供技术进步。

将传统设计迁移到 COM Express

由于许多小型设计源于 ETX 3.0 平台，设计人员必须决定要么坚持使用 ETX，要么切换到 COM Express 以实现面向未来的设计并结合新的功能和性能。如果设计跳到 COM Express，如何在该标准内处理产品升级？

保留在传统 ETX 中是一种选择，并且可以轻松更换使用相同引脚的模块以提高性能。设计也可以在 COM 规范内升级，从传统的 ETX 技术转移到支持 COM Express 中的当前 I/O 和接口。这种类型的迁移不仅需要更换核心 CPU 模块，还需要更换实施的 COM 技术和新的载板。这是因为与 ETX 相比，COM Express 以更少的连接器和更多的引脚实现了下一代性能。然而，模块布局相似，使设计人员能够利用现有的兼容软件技术。

一旦设计迁移到 COM Express，内核也可以从一个 COM Express 模块升级到另一个。复杂性取决于迁移的程度。驱动器是主要挑战，尽管如果模块从一个引脚调整到下一个引脚，例如从 2 型到 6 型或 1 型到 10 型，设计可能还需要对载板上的引脚进行调整。

迁移到 COM Express 适用于受益于 PCI Express （PCIe） 可用性的产品。COM Express 的双连接器布局需要一个新的载板，由此产生的设计为先进的 I/O 接口和持续的性能增强做好了准备，例如对扩展温度范围的耐受性。尽管引脚分配是 COM Express 定义的标准，但载板设计或所选芯片组会影响可用 PCI 通道的数量。

定制在载板内进行管理，在扩展设计时提供了另一个显着优势。一旦在初始设计中解决了定制问题，它就可以持续多代，即使交换了各种 CPU 内核以扩展功能和性能。因此，COM Express 不仅可以帮助扩展设备代代相传，还可以在单​​代内进行扩展。

这种适应性使设计人员能够整合新技术和处理器进步的优势，同时保留定制投资、避免开发风险并加快上市时间。可扩展性可通过各种支持资源进行管理，在供应商之间保持一致的占用空间和引脚方案。

在模块系列内扩展性能

下一代 COM Express 设计可以通过在同一系列中从一个模块转移到下一个模块来简化——升级到更快的 CPU 或备用 CPU 和芯片组平台。例如，许多设计都是使用 Kontron ETXexpress-MC 开发的，这是一种兼容 COM Express 引脚输出 Type 2 的模块，通过两个 533 MHz 或 667 MHZ DDR2 SODIMM 插槽支持高达 4 GB 的快速双通道内存。ETXexpress-MC 围绕 Intel Core 2 Duo 处理器（高达 2.2 GHz）构建，并使用 Intel 的 965GM Express 芯片组，它是 Intel 第四代迅驰笔记本平台的一部分。尽管此模块提供优化的图形和电源效率，但不断发展的应用程序可能需要更多功能。

遵循相同的引脚排列和连接器，控创 ETXexpress-AI可以作为升级实施。ETXexpress-AI 通过其英特尔 32 纳米处理架构和英特尔酷睿 i7 功能提升性能和功能。设计人员可以集成 1x PCIe Gen 2 显卡，也可配置为 2x PCIe x8、6x PCIe x1、4x SATA、1x PATA、8x USB 2.0、GbE、双通道 LVDS、VGA 和 Intel 高清音频。此外，设计人员可以通过集成的 PCI 2.3 接口整合传统的非 PCIe 兼容组件。

缩放以改善功率和温度特性

对耐用性和可靠性的日益增长的需求推动了对经过验证可在扩展温度环境中运行的系统的需求。最不费力的热性能发生在 0 °C 至 +60 °C 的商业温度范围内。工业应用的温度范围通常为 -40 °C 至 +85 °C，一些组件提供 -25 °C 至 +75 °C 的子工业温度范围。完整系统和单个组件的测试可确保 OEM 的性能能够承受特定的环境条件。

COM 可以加快这一过程，使设计人员能够将内核从商业温度要求升级到工业热性能。对于热缩放的示例，请考虑从商用温度 microETXexpress-SP 升级到 microETXexpress-XL 的医疗诊断设备。该设备可能是固定的并且始终插电，因此它驻留在具有更大气流的更大空间中，或者它被开发为在运行期间承受更大的热量。或者它最初是便携式的，但现在需要超便携，以供应急人员使用。以更小、更便携的设备版本引领市场，将推动 OEM 将设计资源用于降低功耗和温度阈值。

实现复杂的图形性能

最初由 COM Express 标准定义的五个引脚为设计人员提供了良好的信号分配和设计布局基础。PICMG 最近在 COM Express 标准中增加了 Type 6 引脚，开辟了基于图形的应用程序的新世界，具有显着扩展的图形处理和功能。引脚类型 6（基本上基于类型 2，迄今为止最广泛采用的 COM Express 引脚类型）利用了新处理器系列支持的扩展图形可能性。传统 PCI 引脚已重新分配以支持数字显示接口并添加 PCI Express 通道。

随着越来越多的工业环境依赖视频和高分辨率成像，图形性能是许多应用程序的优先改进。设计人员可以使用相同的方法来增强这些功能，从模块扩展到模块以提高图形性能。

使用 COM 进行前瞻性思考

最大限度地减少工程资源以及降低风险和开发时间是工业市场的关键设计驱动力，推动了对基于 COTS 的可扩展平台的健康需求。COM 尤其是 COM Express 以在寿命和性能方面的独特优势满足了这些需求。COM 可针对功率、性能、温度和图形处理进行扩展，可提供当今所需的性能水平，并使 OEM 能够为设备和应用程序的持续发展做好准备。

可扩展性建立在芯片支持的基础上，利用板级一致性和便利性，例如驱动程序的现成可用性。设计可以遵循相同的引脚分配和连接器方案，同时通过每一代新的 COM 保持平稳的路径来提高性能。

审核编辑：郭婷