Intel Quark 絶対に遅れない

新しいIntel Quark SoCプロセッサとそれに基づいた最初のシステムのリリースは、私の心を引き締めて満足させました。 各システムエンジニアには、さまざまな理由で生まれて外出する運命にないプロジェクトがありました。
同様のプロジェクトについて少しお話しし、Quarkのような今日のテクノロジーが利用可能になったらどうなるかを考えたいと思います。 また、Khabrosocietyに質問したいと思います。今日のシステムから選択して、何を実装できるでしょうか。 まあ、この投稿へのコメントは、ARM対最適な場所です。 x86、Intelが危険な領域に入ると、ARMとAtmelのRISCコアを備えたコントローラーが長い間支配していました。 しかし、その後、腺（メガヘルツ、キロバイト、ミリワット）だけでなく、ソフトウェアエコシステムと組み合わせて、コントローラーの特定のアプリケーションのコンテキストで比較する要求があります。

それで、約10年前、私は洗練された診断機器を開発する小さな精神医学研究医療会社で働いていました。 私の意見では、この会社の最大の特徴は、何人かのエンジニアが夢を見る機会を与えられ、数ヶ月間空想し、同時に厳しい経済状況にもかかわらず賃金の支払いをやめなかったことです。 会社がまだ生きており、繁栄しているという事実から判断して、私の出発は、GE Healthcare、Philips、Hewlett-Packardなどのモンスターと市場で単独で立ち、モンスターとうまく戦う能力を損ないませんでした。 まず第一に、これは彼らの空想を実現するためにそこに滞在した優秀で才能のあるエンジニアのおかげで起こりました。



私はシステム開発者およびアプリケーションプログラマーとして3年弱働いており、過去のハードウェアの経験を持ち、プログラミングの同僚から多くのことを学びました。 会社のR＆Dは、システム開発者部門（電子充填および低レベルプログラミングの設計を行う6〜7人、主にコントローラーと信号プロセッサー）、応用プログラマー部門（データ処理アルゴリズムを実装するWindowsワークステーション用のGUIを書く10〜12人）ユーザーインフラストラクチャを形成します）、そして会社の頭脳はアルゴリズム部門です（3-4人が科学、医学と対話し、数学シミュレーターでアルゴリズムを書く-彼らはプログラマーではありません）。

開発および製造された幅広い製品（脳波計、睡眠ポリグラフ、筋電図、心電図などのデバイス）について詳しく説明することなく、私が取り組んだプロジェクトと、自分の論文を開発することを許可された新世代のプロトタイプについて説明します。白鳥の歌」を社内で。 このプロジェクトは脳波研究の複雑なものでした。その際立った特徴は、情報収集ユニットが自律的でコンパクトだったことで、現在はモバイルと呼ばれています。 その間、それは完全に革命的な決定であり、医療機器の世界のすべてのメーカーがこれを武器にしたわけではありませんでした。 主な利点は、脳波が撮影された患者がケーブルループでワークステーションに縛られておらず、自由に動いたり眠ったりできることでした。 このような解決策は、小さな患者の間で特に需要があり、一部の疾患を考慮して、頭からどこかに伸びるワイヤが絶え間ないかんしゃくを引き起こし、検査を非常に複雑にしました。



したがって、プライマリデータ収集ユニットの要件は、かなり厳格で矛盾しています。

• 理想的な最大200-250グラムの防塵および防水エンクロージャの最小重量とサイズ、および携帯電話のサイズ（はい、2004年の携帯電話は現在よりも大きかった）
• 最大数時間、理想的には12時間のバッテリー寿命の可能性。
• 診断医のワークステーションとの永続的なワイヤレス通信、最大0.5 Mb / sのデータ転送チャネル容量、理想的には最大2〜3 Mb / s、最大10 mの安定した通信距離。
• デバイスをピアツーピアネットワークにグループ化する機能、およびワークステーションのローカルネットワークに登録されたデバイスのグループを安全かつノイズレスに管理する機能。
• DSPプロセッサによるリアルタイムでの19以上のチャネルの主要なデジタル信号処理は、送信用のデータのフィルタリング、ノイズ低減、セグメンテーション、およびパッケージングです。
• 毎日の監視データをリムーバブルメディアに保存する機能、およびこのメディアを取り外すためにデバイスを分解せずにステーションにデータを読み取る機能。
• 管理システム、通信、構成、データ転送およびストレージ、充電制御、アラーム。 また、リアルタイムで。 コントローラーまたは汎用プロセッサーで動作します。
• まあ、Rosstandartによる認証や医療機器としての使用に関する保健省の許可などの些細なことです。

いつものように、最初のプロトタイプは既存のソリューションに基づいて構築されました-アナログデバイスの実証済みのDSPベースの回路を（デバイスの最も時間のかかる部分として）使用し、DRAM、EEROM、およびクロックジェネレーターを使用しました。ハーネスはすでにそれに掛けられていました。

• CFカードコントローラー
• USBコントローラー
• 音声入力モジュール
• 加速度センサー
• 光/音表示システム
• 充電コントローラー
• 独自のコントローラーを備えたBluetoothインターフェイス（その時点で要件を満たした唯一のワイヤレスソリューション）

それは、あらゆる意味で、（市場を獲得するために）会社の最高の力が投入された開発の加速にとっては怪物であり、製品を最初の実用サンプルに持ち込むのにほぼ1年かかりました。 しかし同時に、この最初のプロトタイプベースの製品は業界で「小さな革命を起こしました」。この周辺機器をすべて接続するような驚くべき努力を必要としない根本的に新しいシステムを設計できれば、さらに大きくなると約束されました低レベル言語で書かれたプログラムを使用して、DSPプロセッサにこれらすべてのカラー音楽を管理します。 はい、はい、組み込みシステムのドライバーを使用して従来のシステムで行われることはすべて、メインプログラムループから制御されます。 Bluetooth用の通信プロトコルのスタック、ファイルシステムのサポート、またはフラッシュメモリアドレスの記録を最適化するためのアルゴリズムを想像できますか。アセンブラーまたは組み込みCでゼロから書き込まれますか？ いや？ 組み込み機器の世界へようこそ！


（ 写真は別の脳波計から特別に撮影されたものですが、一般的には業界の需要を反映しています ）

それが明らかになりました：さらに開発するためには、デバイスの中心にシステムオンチップが必要であり、CPUとインターフェースを使用すると、非常に時間のかかるプログラミングなしで説明したすべての問題を解決できます。 その瞬間、ほぼ完成した最初のプロトタイプで私の仕事を引き裂いたので、水泳に行くことができました：市場を分析し、マイクロコントローラーから完成したミニコンピューターまでさまざまなソリューションを比較し、最も重要なことは、既存のソフトウェアインフラストラクチャ、オープンソース、またはプロプライエタリ。 判明したので（驚いた！）ハードウェアでデバイスをリッピングするのは1か月の問題であり、それを人生で満たすには多くのハードプログラミングが必要です。 そして、これらのアニメーションデバイスをネットワークに接続するには、奇跡を起こす必要があります。 同時に、システム開発者の残りの部分は、別のより保守的な方向に目を向けていました。つまり、「管理機能を備えたDSP」の概念から遠く離れていませんでした。

主要なデバイスに加えて、時間とともに移行される他の製品のシステムベースを構築する必要があるため、1つの記事にどのオプションが検討されたか（すべてが可能であると思います）および選択時に考慮されたもののレビューを含めることは困難です。 いくつかの有望なデバイスにはディスプレイが必要であり、これによりアプローチが大幅に変更され、検索ベクトルがコントローラーからSoCまたはミニコンピューターに変わりました。これには、従来、かなり幅広いオペレーティングシステム、ソフトウェアスタック、ドライバーの選択肢がありました。 一部のデバイスは、そこでマイクロコントローラーを使用するのが非常に簡単でしたが、強力な周辺機器を使用していました。ワークステーションや診断機器とも対話する必要があったためです。 たとえば、患者の応答刺激システム、一種のホイッスル -光と音の刺激装置の送風機、特定の病気（同じてんかん）の特定のアルゴリズムに従って作動すると、患者の脳に特定の波が生じ、発作の開始前に脳波計によって記録されます。 以前は、追加のPCがこのような覚醒剤に使用されていました。 メインステーションとの相互作用（準備、同期）が彼と行われました。 このようなデバイスを単純なマイクロコントローラー上に構築する場合、通信スタックの観点からどれだけの作業を行う必要があるかを想像してください。


（ これが、ワークステーションにしっかりと取り付けられた、ラック上のフォトフォノ刺激装置の外観です ）

当然、私の検索パスはx86ベースのハードウェアソリューションと交差しました。これは、ソフトウェア開発の面倒さの面で最も有望であるためです（この専門用語はご容赦ください）。 ARMについて、またはむしろ彼のソフトウェアエコシステムについて、当時彼らはまだ聞いていませんでした。 ただし、受動冷却i486プロセッサ（受動冷却Pentiumはありませんでした）を備えた既存の産業用ボードはまだ巨大であり、非常に大量（最大12-15W）を消費するため、アプリケーションの問題はありませんでした。



そして、有名なXScale PXA255が市場に登場しました。これは、Intelの400 MHz ARMv5TEコア（StrongARM）を搭載したSoCで、鉄などに必要なものをすべて搭載しています。 マザーボードはさまざまなメーカーから提供され、基本的な起動ソフトウェアのセットが付属しています：BusyBoxを備えた最小限のLinux、ドライバー、IPスタック、およびBluetoothのプロトコルスタック。 バス上でDSPプロセッサのメインデータプロバイダーモジュールにのみ接続し、ドライバーを「ただ」書き込むことができました。 ARM用のドライバーを作成した経験はありますか？ いいえ、もちろんです。 まあ、実際には、新しいLinux 2.6カーネル機能に対処するために、「ソフトリアルタイム」システムを維持するためのタスクに取って代わる機能がありました。しかし、これは第2段階です。さらに、さまざまなEmbedded LinuxベンダーからMontaVista LinuxおよびQNX Neutrinoに至る可能性のある「ターンキーソリューション」を検討しました。



XScaleのソフトウェアエコシステムをよりよく理解するために、私は緊急にIDFに参加しました。IDFはモスクワで開催され、Intelのエンジニアを悩ませ始め、Intel Software Services Groupからのソフトウェアサポートに関するすべての可能な詳細を見つけ出しました。 カスタムアプリケーションを開発するためのいくつかのユーティリティ（Windows CEで！）を除いて、Intelが何も提供しなかったときの失望を想像してください。 まあ、ほとんど何も。 後に、貴重な記事や資料のダンプであった当時のインテルのWebサイトの奥深くで、Linuxベースのソフトウェアキットを探し出しました。およびクロスコンパイラ。 どうやら、このクジラは基礎として彼らによって取られました。

したがって、Windows CEでPDAのレースを終えたODMだけがIntel、特にDell、Acer、Compaqにとって重要であり、モバイル機器の小さなメーカーはまったく面白くないことがわかりました。 いいえ、もちろん、私の側では、ひざの上でプロトタイプを成形し、少なくともいくつかの結果を提供する必死の試みがありましたが、StarterKit開発ボード（同じMicrosoft、Dellなどを対象とする）の価格設定ポリシーは、単にアイデア全体を殺しました。

一方、システム開発部門は、Texas Instrumentsから最初のOMAPボードを受け取りました。 どのシリーズだったかは正確には覚えていませんが、5912のようですが、市場で最高の固定小数点信号プロセッサの1つであるC55xxシリーズDSPプロセッサを搭載し、204 MHz ARM926EJ-Sコアによって制御されていました。 ボードとスターターキットも安価ではありませんでしたが、リーダーの心を溶かし、科学評議会の議長をパートタイムで解いたことを知っていますか？ Code Composer Studio for OMAPがボード、エミュレーション、C / C ++でのDSPおよびARMプロセッサ向けのリアルタイムアプリケーションの開発、ライブラリ、ドライバー、 ブラックジャック JTAG向けの完全なソフトウェアスイートを提供したという事実に対して、数千ドルが容易に割り当てられました。 -エミュレータ。



プラットフォームは完璧でした。 ハードウェアの観点から必要なもの：優れたDSP、経済的な汎用CPU、多くの周辺機器。 そして、システムプログラマの夢は、エミュレーション、開発、デバッグの完全なセットです。 データシートに記載されているとおりに機能しましたか？ いや！ 鉄は主に働いたが、どういうわけかそれは常に予測可能ではなかった。 ソフトウェア（CCS）はアウトソーシング契約の下で中国人によって書かれ、スタジオは絶えず落下し、ドライバーは期待どおりに機能せず、書き直さなければなりませんでした。 XScaleを使用した場合と同様に、作業全体に時間がかかりましたか？ おおよそ、そうだと思います。 しかし、TIのソリューションを使用すると、最初の開始ははるかに迅速で成功しました。

ただし、私たちが知る限り、ハードウェアソリューションの長期サポートとOMAPプラットフォームのさらなる開発というTIのポリシーにもかかわらず、同社はモバイル市場で決定的な役割を果たす計画を放棄し、より安価で技術的に高度でないプラットフォームに負けるリスクがありました。 Intelも長続きせず、マーベルのXScaleビジネスを売却しました。 コンパクト、ウェアラブル、ポータブル、その他のモバイルデバイスを開発している中小企業は何ができますか？ フォームファクターが許可する場合、つまりサイズと重量の場合、オープンなものを含む標準的な開発ツールを使用して、最も普遍的な決定を下す必要があると思います（おそらくより望ましい）。

そして、今日のハードウェア機能を自由に使いながら、システムがどのように見えるかについて夢を見ることができましたが、小さな会社の財務とリソースの制限を思い出しました。 たとえば、今日のC6204シリーズのDIプロセッサは、間違いなくDSPとして採用されます。 PCIバスにはまだPCI-Eとの互換性がないため、PCIバスにはチップは必要ありませんが、おそらく拡張可能なバスをねじ込むことができます（ただし、追加の作業が必要になります）。 はい、TIにはARMコアを備えたKeyStoneプロセッサがありますが、すでにこれを行っています：システム開発者とワークステーションアプリケーションのWindowsプログラマーがいるため、人材を募集したり、システムエンジニアにARMのドライバーと制御システムを作成させたりすることは許されません。 私の知る限り、私の同僚はまさにこの方法で行ったが、それは単に彼らがすでに衝突を起こし、プロセッサのARMコアのプログラミングの経験を積んだからです。



さらに、私の意見では、システムは開発された周辺機器を備えたユニバーサルモジュールによって制御されるべきであり、オープンソースアプリケーションと開発ツールの膨大な選択があり、プログラマは別のマイクロアーキテクチャとアセンブリ言語を学ぶ必要はありません（結局、DSP asmではありません知識から生まれ、古き良きx86を残しました。 また、プロセッサの製造元が独自のツールスタックも追加する場合、これは一般的に優れています。 システムはすぐに動作し始め、通信ソフトウェアの開発者は、鉄片の出現を待たずにレイヤーを作成します。 ワイヤレスコンポーネントの開発の問題はまったく発生しません。 x86がコントローラーである場合、x86互換CPU上のSoCは理想的です。 そして、Intel Quarkが表示されます。 はい、今彼は理想的なコントローラーからは程遠い。 はい（32 nmで構築）、ピークパフォーマンスで約2Wを消費します。 しかし、反対側から（ 仕様で ）見てください：

• Edison-Quarkは22 nmテクノロジーで焼き付けられています。 一部の同志たちはコメントで冗談を言ったので、これは酔ったマーケティング担当者の新年の賞賛ではありません。 Intelはそのような発表、特にそのCEOと冗談を言いません。ConsumerElectronics Show 2014でニュースを発表します。
• チップは、システムのC0-C2 CPU電力状態とS0、S3、S4電力状態をサポートします。 つまり、常に2Wを消費するのではなく、主にパッケージングとデータ転送の期間中に消費します。
• Intelには、Quarkコントローラーファミリーのロードマップがあります（まだ公開されていませんが、彼らが言うように、今後もご期待ください）。
• Quarkコアはスケーラブルです。つまり、新しいより経済的なテクノロジーに移植する場合、再設計する必要はありません。
• Pentium ISAを搭載した32ビット400 MHzコア、800 MT / sのDDR3メモリコントローラー、システム用の高速e-SRAMメモリ、2.5 GT / sの帯域幅を備えたPCI Express。 必要に応じて、そのようなコアのエネルギー機能を使用して、記録された信号を処理することもできます。たとえば、携帯型心電計の重大な状態を記録または通知するためです。
• 周辺機器：システムには10/100イーサネット、USB 2.0、Wi-Fi、SDカードコントローラー、および最も興味深いI2Cコントローラーと16のGPIOポートがあり、そのうち6つはシステムがS3状態でスリープしても動作します。 さまざまなセンサーとセンサーを接続することは、単に特別なデバイスに通常豊富にある素晴らしい機会です。

もちろん、デバイスのモジュール構造には特定の機能的な冗長性があります。DRAMとEEPROM電圧レギュレータの二重セットが必要になります。 ただし、デバイスのスペースの大部分は、システムモジュールではなく、バッテリーと、トランス、マルチチャネルオペアンプ、ADCを備えたアナログモジュールで占められていることに注意してください。 しかし、その見返りとして、プロジェクトのほとんど独立した部分を取得し、重要な処理なしで機能デバイス間で転送し、ほぼ非同期で異なるチームによって開発しました。 既製の制御モジュールを自由に使用できるようになったので、そのうちに製品を1年間、約3〜4か月間リリースできました。 これが、更新されたモジュラーデバイスのリリースの有望なサイクルです。


（ プロトタイプのモバイル脳波計を作成できる3つのモジュール ）

そして最も重要なことは、Intelが最終的に開発、デバッグ、最適化のための一連のツールを新しいプラットフォームに添付することです。 温度範囲が拡張されたモジュールのバージョンと、それに付属するWindRiver LinuxおよびVxWorksは考慮しません。 これらのキットは、産業分野、弾力性が向上したデバイスでの使用を目的としており、多くの場合コストがかかります。

Intel Quark SoC X1000リファレンスモジュールのボードサポートパッケージには、Quark Linux（Yocto）のパッチキットが付属しています。これは、gdbまたはEclipseを使用してOpenOCDカーネルをデバッグするためのセットで、JTAGグランドをいくつかサポートします。 私の知る限り、インサイダー情報を使用して、バルセロナで開催されたMobile World Congress '14では、より広範なシステムソフトウェアが提供されます。これにより、モジュールでの作業の開始がさらに容易になります。 インテルは、アプリケーション開発者を支援するために、従来のIntel CoreプロセッサーとSoC（Atomベースなど）用のツールキットを提供しています。 新しいIntel System Studio 2014 （ISS）は既にベータ版でリリースされており、BSPと多数のオープンソースツールに加えて、C / C ++クロスコンパイラ、JTA​​Gデバッガー、パフォーマンスライブラリ、リモートプロファイリングツール、ユーザーアプリケーション検証ツールが提供されています。

まだ何も言うのは時期尚早ですが、今回は、Intelがそのコントローラーのシステムソフトウェアとアプリケーションツールの重要性を過小評価しないようにしたいと考えています。ISSは、Intel AtomからXeon Phi。 そして、開発者や愛好家のコミュニティは、Intelが「大型」コントローラーの世界に参入しようとするインテルの最初の試みを無視しないことを望みます（インテルはすでにマイクロコントローラーの世界に真剣に貢献しています）。