Echtzeit-Kommunikation mit modularer Mikroserver-Technologie

| Autor / Redakteur: Zeljko Loncaric * / Margit Kuther

Server on Module für raue Umgebungen konzipiert

Die ersten COM-Express-Type-7-Module – die es sowohl für industrielle Umgebungen von 0 bis 60 °C als auch für erweiterte Temperaturbereiche von -40 bis 85 °C auf Dächern und öffentlichen Verkehrsmitteln gibt – bieten derzeit zwei 10-GbE-Schnittstellen für die horizontale und vertikale Echtzeitkommunikation. Hinzu kommen bis zu 32 PCIe Lanes zum Anschluss von Peripheriegeräten, die für schnelle Speichermedien, General Purpose Graphics Processing Units (GPGPUs) und alle Arten von Industrial-Ethernet-Schnittstellen verwendet werden können. Die Maße dieser Module sind mit 125 mm x 95 mm minimal, sodass sie sich für das Design sehr kompakter und dennoch extrem leistungsstarker Mikro-Server eignen.

Der erste Prozessor, der auf den neuen Server on Modules zum Einsatz kommt, ist der hochperformante Intel-Prozessor Xeon D (Codename Broadwell) mit bis zu 16 Serverkernen, 32 Threads und bis zu 48-GB-DDR4-ECC-RAM. Anwendungsfelder für die neuen Server-on-Module sind unter anderem Cloud-, Edge- und Fog-Server für industrielle und Carrier-Grade-Netzwerkanwendungen in rauem Umfeld.

Da der Echtzeit-Support für diese Server-Designs entscheidend ist, unterstützen die neuen Server-on-Module einen Software-definierbaren Pin für jede der 10-GbE-Schnittstellen. Dieser physikalische Pin kann als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden und wird vom entsprechenden Ethernet-Controller gesteuert.

Zeitkritischer Netzwerk- Support in Echtzeit

Eine typische Anwendung ist die Implementierung des hardwarebasierten IEEE 1588 Timing Protokolls für leistungsstarke Echtzeitanwendungen, um Timing und Synchronisation von dezentralen Echtzeit-Systemen konform zu den 802.1 Standards realisieren. Mögliche Anwendungen beinhalten konvergierte Netzwerke mit Echtzeit-Audio-/Video-Streaming sowie die Echtzeit-Steuerung in Automotive-Applikationen oder industrieller Fertigung.

Durch die Implementierung 802.1-kompatibler zeitkritischer Netzwerke (Time Sensitive Networks) können Entwickler sicherstellen, dass alle Geräte ein gemeinsames Zeitverständnis haben und dass sie die gleichen Regeln verwenden hinsichtlich der Verarbeitung und Weiterleitung von Kommunikationspaketen, bei der Auswahl von Kommunikationspfaden sowie bei der Reservierung von Bandbreiten und Zeitschlitzen – möglicherweise unter Verwendung mehrerer gleichzeitiger Kanäle, um eine fehlertolerante Ausfallsicherung zu erreichen.

Diese letztgenannte Anforderung ist übrigens einer der Hauptgründe, warum COM-Express-Typ-7-Module bis zu viermal 10 GbE nativ unterstützen können, da die horizontale Kommunikation auf Prozessebene mindestens zweimal zwei Kanäle benötigt, um eine redundante kabelsparende Linien- oder Ringarchitektur zu ermöglichen. Die gleiche Nachfrage gilt für Endpoint-Server, die ein Switched-Storage-Netzwerk verwenden oder Big Data oder Deep-Learning-Algorithmen ausführen.

Hypervisor-Implementierung, etwa für die Robotik

Applikationsentwickler, die ihre Serverplattformen virtualisieren möchten, können von applikationsfertigen Lösungspaketen profitieren, mit denen sie ihre Anwendungen schneller zur Marktreife führen können. COM-Express-Typ-7-Module wie das conga-BX7D von congatec in Verbindung mit dem Evaluierungs-Carrierboard conga-X7/EVAL unterstützen etwa den Hypervisor von Real-Time Systems, der sich besonders gut für industrielle Robotik, Steuerungssysteme und Anwendungen in der Medizintechnik eignet.

Ein solches Schnellstarter-Set, das auch Funktionen für Remote-Management und Maintenance beinhaltet, vereinfacht die Evaluierung der neuen Server-on-Module, die konform zum Standard PICMG COM Express Type 7 entwickelt wurden. Entwickler profitieren zudem vom geringeren Validierungsaufwand beim eigenen Carrierboard-Layout, da sie die vorgeschlagenen Best-Practice-Komponenten und PCB-Designschemata für ihre eigenen modularen Mikro-Server der nächsten Generation verwenden können.

Congatec stellt registrierten Schnellstarter-Set-Kunden die Schaltpläne der neuen Carrierboards zur Verfügung. Und bei knappen Zeit und Entwicklungsressourcen können die vom Modulhersteller angebotenen Embedded Design & Manufacturing Services in Anspruch genommen werden.

* Zeljko Loncaric ist Marketing Engineer bei congatec

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