Когда достаточно одной платы

Российская приборостроительная компания «Элрон» представила на форуме «Технопром» новый одноплатный компьютер на отечественном процессоре

Устройство ELTAY SC («Элтай») — первое подобное решение на нашем рынке. В России такие системы производят, но на китайских процессорах. К примеру, есть известный проект Repka Pi, они делают свои одноплатные компьютеры на чипе Allwinner.

«Появится и у нас решение на китайских процессорах — буквально в этом году, — рассказал “Стимулу” генеральный директор “Элрона” Иван Лебедев. — Есть две категории потребителей. Для одних важна максимальная локализация, “российскость”, защищенность, и у них есть достаточный бюджет для покупки российского одноплатного компьютера. Для других же очень важна низкая стоимость, но при этом и расширенный функционал. В этом случае мы как раз будем в дальнейшем предлагать альтернативу — одноплатный компьютер на китайском процессоре».

Как отметил в беседе со «Стимулом» исполнительный директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники Иван Покровский, важен не просто факт выпуска одноплатного компьютера на отечественном процессоре, а целый ряд событий. Ранее «Элрон» уже разработал такие встраиваемые модули на базе микроконтроллеров «Амур», которые выпускает «Микрон». Следующим шагом было создание устройств на российских чипах, а затем компания будет на других микроконтроллерах или микропроцессорах российской разработки выпускать модули, которые станут платформой для создания конечных изделий.

По словам Покровского, в России сложилась своя экосистема партнеров. Периодически они выпускают изделия на базе микропроцессоров НПЦ «Элвис», НТЦ «Модуль», «Миландр», «Байкал Электроникс», МЦСТ (процессоры «Эльбрус»). Каждая из этих компаний сотрудничает с десятками разработчиков оборудования. И в их экосистеме, как правило, есть партнеры, которые не претендуют на рынок конечных заказчиков. В частности, «Элрон» разрабатывает платформенные решения, которые можно модифицировать потом или использовать в качестве базы, чтобы на их основе выпускать уже конечное оборудование под требования конкретных заказчиков.

Как сэкономить год разработки

«Сфера применения нашего одноплатного компьютера очень широкая, — рассказывает Иван Лебедев. — Фактически одноплатный компьютер – это платформа, которая может использоваться в различных отраслях. У нас есть ряд проектов, где одноплатные компьютеры применяются в самых разнообразных ПАКах, программных комплексах. К примеру, проекты в области образования: совместно с партнерами мы разрабатывали шкафы для выращивания зелени для школьников, или приемо-передающие станции. Наши одноплатные компьютеры позволяют управлять всем этим, являются центром управления, плюс обеспечивается доступ извне — веб-сервер разворачивается за считаные минуты.

На основе ELTAY SC можно выпускать множество приборов и устройств, различные автоматизированные системы управления технологическим процессом, управления станками с ЧПУ, полетные контроллеры и так далее.

Одноплатный компьютер позволяет быстро, используя языки высокого уровня, выпустить прибор на рынок. Если делать то же самое на более низком уровне — например, всю периферию, все компоненты, которые есть на одноплатнике, программировать, разводить с нуля, — то времени уйдет существенно больше. На применении одноплатника и использовании языков высокого уровня можно сэкономить полгода-год.

Физически это плата с процессором, который программируется под разные задачи. А разработчики должны установить адекватную конфигурацию всех элементов, то есть достаточный объем интерфейсов, и запустить операционную систему, к примеру российскую Alt Linux.

 «Одноплатный компьютер — это универсальная платформа, и у разных заказчиков разные требования к периферии: сколько разъемов, какие именно, какие интерфейсы необходимы, какое питание должно приходить и так далее»

«Одноплатный компьютер — это универсальная платформа, — говорит Иван Лебедев, — и у разных заказчиков разные требования к периферии: сколько разъемов, каких именно, какие интерфейсы необходимы, какое питание должно приходить и так далее. Совсем скоро мы представим решения в виде процессорных SOM-модулей».

SOM-модуль — это изделие, в котором есть вычислитель, микроконтроллер либо процессор и основные микросхемы: ОЗУ, ПЗУ, микросхемы периферии и так далее. В SOM-модуле содержатся высокочастотные разъемы, и с их помощью он встраивается в плату расширения. Этот модуль в два раза меньше, чем одноплатник, который уже размером с банковскую карточку.

Платформа, по словам Ивана Лебедева, для максимальной распространенности должна быть максимально открыта. В связи с этим стоит упомянуть всем известные мировые платформы в сфере электроники — Arduino и Raspberry. Когда разработчики Raspberry придумывали одноплатный компьютер, они делали его для стран третьего мира — максимально дешевым. Никто не ожидал, что платформа так распространится по всему миру, что проект так «выстрелит».

«Мы хотим сделать аналогичные решения у нас в России, чтобы платформа была открыта, насколько это возможно, чтобы по ней было максимум информации, чтобы проще было генерировать решения, новые продукты. Ведь почему страдает российская микроэлектроника? Почему не все стремятся применять российские компоненты? Потому что часто о них мало информации. Это проблема. Мы не всегда работали на российских вычислителях. У нас очень большой опыт с работы с разными зарубежными вычислителями, микроконтроллерами. И когда мы стали анализировать, почему многие опасаются применять российские компоненты, то поняли: виной всему дефицит информации. Когда он будет устранен, когда появится полноценное сообщество, когда будет рассмотрено много кейсов в интернете, тогда и будет максимальная применимость у российских вычислителей. Мы совместными усилиями это делаем», — рассказывает Иван Лебедев.

За все надо платить

В конце беседы мы задали Ивану вопрос для чайников: чем процессор отличается от микроконтроллера?

«И то и другое — это вычислители, — поясняет гендиректор “Элрона”. — Основная разница, во-первых, в производительности, а во-вторых — что именно выполнять на этих устройствах. Микроконтроллер имеет на борту ряд вспомогательных блоков, интерфейсов, которые позволяют выполнять те или иные задачи. В основном все пишут для них некий законченный код. Я бы назвал это программированием более низкого уровня. Ведь в программировании, как известно, все наоборот: чем более высокого уровня язык, тем легче на нем писать, а кто на Ассемблере, на самом низком уровне, пишет, тем сложнее всего. И решения эти сложнее портируются. То есть вы не можете с одной платы на другую все перетащить, нужно внести множество изменений».

А процессор имеет более высокую производительность, часто в нем есть блок графического вывода, графических ускорений. Некоторые процессоры имеют нейроускорители. Блоков высокого уровня тоже больше, и еще можно применять язык программирования более высокого уровня. То есть устанавливается операционная система, и после этого весьма просто организовать функционал. Чтобы развернуть веб-сервер, нужно сделать простые шаги.

 Когда разработчики Raspberry придумывали одноплатный компьютер, они делали его для стран третьего мира — максимально дешевым. И никто не ожидал, что платформа так распространится по всему миру, что проект так «выстрелит»

«То же самое провернуть на микроконтроллере, во-первых, не всегда возможно, а во-вторых, все будет существенно сложнее и дольше. То есть на микроконтроллере вы можете все максимально оптимизировать. При значительно меньшей частоте будут выполняться те же функции. Чтобы эту оптимизацию сделать, надо потратить полгода-год. И потом вы это решение просто так не сможете перенести на другую платформу с этим же микроконтроллером. То есть микроконтроллер — это узкие решения. К примеру, аналитический прибор, применяемый в лаборатории, лучше сделать на микроконтроллерах. Микроконтроллер будет управлять дисплеем, какими-нибудь нагревателями. Может быть, понадобится поставить два микроконтроллера, чтобы обеспечить весь функционал. И процессор в этом случае избыточен, это как из пушки палить по воробьям, условно говоря. А, например, для стойки ЧПУ, для управления станком процессор необходим, потому что нужно обработать графическую часть, тут же управлять станком, передавать данные во внешнюю сеть, если это требуется», — поясняет Иван Лебедев.

По его словам, языки высокого уровня, которые можно использовать при программировании процессора, — это значительная универсализация. Но за все надо платить. И за использование языков высокого уровня приходится платить дополнительными затратами процессорного времени.

Минус у процессора еще и в том, что ему иногда сложно выполнять задачи в режиме реального времени. И когда нужно жесткое выполнение задач в реальном времени, как правило, применяют комбинаторику. То есть не только процессор, но и микроконтроллер либо ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). В проектах, связанных со станкостроением, это стандартная задача. И руководство «Элрона» планирует запустить и такие проекты — комбинация «процессор плюс микроконтроллер».