ARM im Embedded-Markt

Qseven macht’s möglich: Schneller Umstieg auf ARM

| Autor / Redakteur: Zeljko Loncaric * / Holger Heller

Bild 1: ARM auf Qseven; das conga-QMX6-Modul
Bildergalerie: 3 Bilder
Bild 1: ARM auf Qseven; das conga-QMX6-Modul (congatec)

ARM-Systeme bestechen durch geringen Stromverbrauch und hohe Grafik-Performance, sind aber schwer zu integrieren. Schnell und sicher gelingt der Umstieg mit fertig vorintegrierten Modulen (COMs).

Die ARM-Architektur eignet sich aus vielerlei Gründen für den Entwurf von Embedded-Systemen. Als RISC-Architektur mit einem effizienten Befehlssatz bietet sie hohe Prozessorleistung bei geringem Energieverbrauch. Leistungsmäßig vergleichbare RISC-Prozessoren kommen mit geringeren Taktraten als vergleichbare CISC-Architekturen wie x86 aus. Mit ihrem geringeren Flächenbedarf sind sie auch günstiger herzustellen. Aufgrund ihres guten Latenzverhaltens und des geringen Overhead eignen sie sich schon bei geringen Taktfrequenzen für den Einsatz in Echtzeitanwendungen.

Viele der ursprünglichen ARM-Anwendungen waren Rechenkerne in einfacheren Controller-Anwendungen meist ohne eigenes Betriebssystem. Durch das Geschäftsmodell von ARM, nur die Prozessor-Technologie zu entwickeln und diese dann an die einzelnen Chiphersteller zu lizenzieren hat sich über die Jahre eine große Vielfalt an ARM-basierenden System-on-Chips (SoCs) entwickelt, die oft nur für eine oder wenige, sehr spezifische Anwendungen entwickelt wurden.

Der große Nachteil dabei war, dass es praktisch keine standardisierten Interfaces gab und für jedes System jede Schnittstelle individuell neu entwickelt bzw. angepasst werden musste. In den letzten Jahren hat sich aber die Situation grundlegend geändert. Einerseits hat der Aufstieg der Mobiltelefone zu ultramobilen Hochleistungscomputern die Weiterentwicklung der ARM-Kerne als Einkern- und Mehrkern-Systeme mit immer höheren Taktraten bis in den GHz-Bereich hinein ermöglicht und beschleunigt. Andererseits wurden auch die Systeme immer leistungsfähiger und teurer, so dass eine gewisse Standardisierung und die daraus mögliche Wiederverwendbarkeit von Entwicklungen immer wichtiger wurden.

Hohe Grafikleistung und geringer Stromverbrauch

Ein gutes Beispiel ist die Einführung von Linux, insbesondere aber von Android. Viele Echtzeit-Betriebssysteme, Windows Embedded und einige Versionen von Windows 8 werden jetzt bereits für ARM angeboten, künftige Windows-Versionen sollen später einmal gleichberechtigt auf ARM und x86-Architekturen lauffähig sein. Bereits heute wird neben dem Segment der Mobiltelefone der ganze Markt multimedialer Consumer-Geräte vom MP3-Player bis hin zum internetfähigen Fernseher von der ARM-Architektur dominiert. Im industriellen Sektor beherrscht ARM den Markt der Tablet-PCs und ist gerade dabei die Märkte der Bedienterminals und mobilen Datenerfassungs-Terminals zu erobern.

Aufgrund des geringen Stromverbrauchs und der inzwischen hohen Rechenleistungen sehen viele Analysten in ARM die Zukunftstechnik für mobile Messtechnik sowie einen Großteil der Medizintechnik. Eine wichtige Rolle für die Akzeptanz moderner Geräte spielen bedienfreundliche und intuitive grafische Benutzeroberflächen, die jedoch eine entsprechende Grafikleistung voraussetzen.

Gerade hier sind aktuelle Mehrkernsysteme auf ARM-Basis derzeit konkurrenzlos: Auch wenn AMD und Intel kräftig nachgerüstet haben, so liegen deren x86-basierende CISC-Systeme bei vergleichbarer Grafikleistung im Stromverbrauch immer noch deutlich höher. Spezielle Multimediaprozessoren wie etwa Freescales i.MX6-Familie liegen hier um Faktoren günstiger und sind über die Anzahl der Kerne und die Taktfrequenz bei identischem Pin-Layout skalierbar.

Die Lösung: COMs (Computer-on-Modules)

All diesen positiven Eigenschaften stand bisher der relativ hohe Aufwand entgegen, sich sein „eigenes“ System-on-a-Chip zusammenbauen zu müssen. Bei großen Firmen, die für jede Nische eine eigene Entwicklungsabteilung haben, und bei Consumer-Projekten mit jährlichen Stückzahlen jenseits der Hunderttausend, ist dies sicherlich kein Problem. Aber was macht ein Mittelständler, für den die Hardware nur das Mittel zum Zweck für sein Gerät ist und bei dem das Know-how in der Applikation steckt?

Ergänzendes zum Thema
 
Gut kombiniert: ARM und Qseven

In der x86-Welt hat sich in den letzten 10 Jahren für Embedded-Anwendungen mit Stückzahlen bis zu einigen Tausend im Jahr das Modulprinzip bewährt. Hier werden standardisierte Module mit klar definierten, einheitlichen Schnittstellen vorintegriert („application-ready“) zugekauft und nur der firmen- bzw. anwendungsspezifische Teil der Schaltung mit den erforderlichen Schnittstellen und Interfaces auf einer Trägerplatine selbst entwickelt.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 37125650 / Embedded Boards)