Der Nutzen von zugekauften CPU-Modulen ist für den Anwender dann am größten, wenn sich die Hersteller auch an einem gemeinsamen Design-Vorschlag orientieren und somit die größtmögliche Kompatibilität erreichen.

Gestartet wurde die Initiative im Juli dieses Jahres, bis zum Frühjahr 2008 sollen die Richtlinien genehmigt und für die Allgemeinheit ohne Auflagen für die Weiterverwendung zugänglich sein. Auch Kontron bringt sich als Editor mit in ein gemeinsames Dokument ein, womit die größten Hersteller der Branche vertreten sind. Doch nicht nur Anbieter, sondern auch Anwender aus dem PICMG-Umfeld nehmen aktiv daran teil, um möglichst alle Gesichtspunkte mit einzubringen.

Die Carrier-Design-Guide-Initiative (CDG) hat sich die Aufgabe gestellt, das Dokument kostenlos zu veröffentlichen. »Für uns ist die Verbreitung der COM-Express-Spezifikation unter dem Dach der PICMG wichtig. Nur so kann der Kunde sicher sein, dass die unterschiedlichen Hersteller sich zu den Zielen von offenen Spezifikationen verpflichten und COM Express auch im Sinne der Hersteller eine größere Verbreitung und die beste Akzeptanz im Markt erreicht«, erklärt Wolfgang Eisenbarth, Director of Marketing Baugruppen & Systeme bei der MSC Vertriebs GmbH. »Wir sehen auch eine Weiterentwicklung der Spezifikation dahin, dass kleinere Formate oder nicht-x86-Architekturen von den Kunden nachgenachgefragt werden, die heute noch nicht Teil der Spezifikation sind. Auch hier werden wir helfen, dies in die PICMG mit einzubringen.« Ein weiterer Vorteil sei, dass Kunden bei dem jeweiligen Hersteller eine Auskunft über die Kompatibilität zum Design Guide erhalten können. Eine Prüfung oder gar ein Zertifikat für Hersteller ist derzeit aus rechtlichen Gründen allerdings nicht geplant.
COM Express hat sich als Standard von Computer-on-Modules seit seiner Definition durch das PICMG-Konsortium im Jahre 2004 in der Embedded-Welt mit rasanten Wachstumsraten fest etabliert - besonders in den Bereichen Industrie und Medizin, aber auch im Entertainment-Sektor, läuft es anderen Formaten den Rang ab. Die Spezifikation erlaubt eine hohe Flexibilität für vielfältige Embedded- Computing-Anwendungen.
Mit geringem Entwicklungsaufwand und damit kurzen Markteinführungszeiten lässt sich ein Carrier Board mit den gewünschten Funktionen erweitern. Die skalierbaren Module können, z.B. um das Komplettsystem technologisch aufzurüsten, leicht ausgetauscht werden.

In Formfaktor und Aussehen entspricht COM Express in etwa dem älteren ETX-Standard, ist diesem jedoch in Rechen- und Kommunikationsleistung weit überlegen. »Will man heute ein Projekt starten, dann ist COM Express der bessere Einstieg«, empfiehlt Wolfgang Eisenbarth. Ein entscheidender Punkt dabei ist die Designsicherheit der Stecker, die auch die zukünftig geforderten Datenraten noch sicher übertragen können, und die Langlebigkeit der Produkte, auch im Bezug auf Betriebssystemunterstützung.

Neben dem konventionellen PCI-Bus ist ein COM-Express-Modul mit neuen seriellen Kommunikationsschnittstellen ausgestattet, wie PCI Express, Serial-ATA, Gigabit-Ethernet, USB-2.0-Ports, LVDS- und SVDO-Kanälen. Die serielle, auf Niederspannung ausgelegte PCI-Express- und SATATechnologie bieten eine robuste Signalintegrität und kommt mit relativ wenigen Pins aus. Das hat den Vorteil, dass die Leiterplattenentwicklung vereinfacht wird und darüber hinaus die Implementierung zuverlässiger und kompakter ist.

Bei der Auswahl des optimalen Busses steht damit an erster Stelle PCI Express. Der PCI- und vor allem der ISA-Bus treten in den Hintergrund. Werden diese Schnittstellen noch weiterhin gebraucht, sollten sie am besten auf dem Carrier Board realisiert werden.
Die I/O-Spezifikation von COM Express unterstützt bis zu 32 PCI-Express-Links, die sich in beliebigen Kombinationen von x1, x2, x4, x8, x16 und x32 konfigurieren lassen. Um die zweite Generation von PCI Express zu unterstützen, sind die COM-Express- Mezzanine-Steckverbinder bereits heute für Signalfrequenzen über 6 GHz spezifiziert. Damit verdoppelt sich die Übertragungsrate auf 5 GBit/s, was für einen x16-Link eine Datenrate von 160 GBit/s bedeutet.

Da COM Express ein offener Standard ist, bietet die PICMG jedem Unternehmen dieselben Mitbestimmungsrechte und hat definierte Prozesse für Änderungen und Aktualisierungen eingeführt. Die Definition spezifiziert zwei Modulgrößen mit fünf unterschiedlichen Kontaktbelegungen der Steckverbinder. Die Baugröße »Basic« misst 125 x 95 mm und eignet sich für Systeme mit nur einer Single- oder Multi-Core-CPU. Mehr Platz bietet die »Extended«- Bauform mit 155 x 110 mm, die verschiedene CPUs und Chipsätze sowie große Speicherkonfigurationen aufnehmen kann. Für Anwendungen, bei denen es auf einen geringen Platzbedarf ankommt, wurde noch der Formfaktor »Compact« mit einer Baugröße von 95 x 95 mm von europäischen Herstellern vereinbart, der jedoch derzeit noch nicht in der PICMG-Spezifikation festgeschrieben ist. Compact-Module sind für Applikationen in der Industrieautomatisierung geeignet und haben deshalb hierzulande eine große Marktbedeutung. Zukünftige Prozessorgenerationen werden diese Größe weiter stärken, da ein starker Trend in Richtung kleinerer Chipflächen und höherer Integration geht.

Die Palette an Interface-Typen bieten weitere Auswahlmöglichkeiten bei den I/O-Signalen oder beim Power-Sequencing. Module mit Pinout-Typ 1 verfügen über einen Single-A-B-Stecker mit 220Pins. Die Module mit den Pinout-Typen 2 bis 5 nutzen ein Paar 220-Pin-Steckverbinder (A-B und C-D)mit maximal 440 Anschlussmöglichkeiten. In der Regel wird bei den Typen 2 bis 5 eine Auswahl an PCI-Express-Verbindungen als PCI Express Graphics Lanes(PEG) verwendet. Die SDVOFunktionalität lässt sich durch Pin-Sharing mit den PEG-Lanes realisieren. Die überwiegende Anzahl der heute im Markt verbreiteten COM-Express-Module nutzt den Typen 2 und 3 (ohne IDE).

Durch diese Variantenvielfalt des COM-Express-Standards wollte die PICMG erreichen, dass die Produkte breit und langfristig eingesetzt werden können. Doch gerade diese Design-Freiheiten führen auch zu Einschränkungen bei der Austauschbarkeit der Module verschiedener Hersteller. Die CDG-Initiative will durch ein gemeinsames Dokument für Carrier Boards unterschiedlichen Interpretationen vorbeugen und Inkompatibilitäten zwischen verschiedenen Anbietern für den Anwender erkennbar machen.

Das erklärte Ziel des Carrier Board Design Guide ist es auch, Design-Vorschläge für das Layout des Basis-Boards festzulegen. Dazu wird allerdings auch weiterhin empfohlen, die COM-Express- Spezifikation der PICMG zu Rate zu ziehen, da hierin das Verhalten der Signale definiert ist und beide Dokumente voneinander profitieren. (mk)