Autore: Mariano Severi, Servizi Tecnico/Commerciali di LVD Systems
L’idea di Single Board Computer è drasticamente cambiata nel corso degli anni. Mentre i primi dispositivi erano in qualche modo soluzioni proprietarie sviluppate per soddisfare richieste di applicazioni specifiche, la tendenza verso la standardizzazione è oggi assolutamente dominante.
L’attenzione costante alla riduzione del time-to-market come strumento per l’incremento dei profitti e il consolidamento delle posizioni di mercato, la crescente complessità dei sistemi (che non permette alle aziende di tenere in casa tutte le competenze necessarie allo sviluppo), la riduzione dei costi delle soluzioni non proprietarie (tanto da renderle competitive anche in produzioni su volumi) hanno determinato una diffusione su larga scala di prodotti COTS.
Alcuni dei principali standard oggi affermati sul mercato sono: il cPCI, che trova impiego nel settore ferroviario e dei sistemi di test e controllo in ambito industriale e automazione; il VME/VXS e la nuova specifica uTCA.4, utilizzati nel settore della ricerca e dell’università, rispettivamente, per i sistemi già in essere e le nuove applicazioni; il VPX, adottato, ad esempio, in tutte le applicazioni di Signal Processing per la realizzazione, tra l’altro, di sistemi radar o sonar, console di comando in ambito navale, OBDH per UAV o carro.
Dal punto di vista strettamente tecnologico, fino al 2009 il mercato degli SBC, soprattutto nel settore militare e avionico, era praticamente dominato dalle soluzioni basate su CPU PowerPC, grazie alla riduzione della potenza dissipata (conseguente all’adozione della architetture RISC) e alle migliori prestazioni in applicazioni DSP (conseguenti alla disponibilità dell’estensione Altivec). Dal 2009 in avanti, la situazione è cambiata drasticamente a favore di Intel, grazie alla introduzione delle nuove famiglie di CPU iCore.
Ad oggi, SBC basati su CPU Intel sono senza ombra di dubbio la soluzione preferibile per applicazioni ottimizzate dal punto di vista di dimensioni, pesi, potenza e costi (SWaP-C). SBC con processori iCore di nuova generazione sono ad esempio correntemente disponibili presso Concurrent Technologies, presente sia nel mercato commerciale sia in quello delle applicazioni rugged.
A proposito proprio di quest’ultimo ambito di applicazioni, interessante da segnalare nell’ultimo periodo è la disponibilità a partire dal 2010 della versione REDI (Ruggedized Enhanced Design Implementation) dello standard VPX che ha favorito l’adozione di SBC COTS in sistemi militari e aerospaziali, definendo adeguate strategie di cooling e soluzioni meccaniche in accordo. L’SBC TR 905/x11-RCT di Concurrent Technologies, ad esempio, è un SBC compatibile con la nuova specifica per applicazioni conduction-cooled, basato su CPU Intel Core i7-3612QE, dotato di fino a 16 Gbytes di memoria DDR3-1333 SDRAM e connettività GbE e USB, supporto per i principali OS come Windows, Linux, QNX e VxWorks.
Per quanto riguarda gli sviluppi futuri, sempre dal punto di vista tecnologico, un aspetto certamente interessante è la continua convergenza di CPU e FPGA che sembra proporsi in molte applicazioni, sia dal punto di vista dell’integrazione system-on-chip (con FPGA che integrano hard-macro di CPU) sia da quello del co-processing (con le FPGA utilizzate per l’off-loading di funzioni che richiedono elevata capacità di calcolo e implementazione parallela massiccia). In questo ambito, non ci sarebbe da meravigliarsi se nell’immediato futuro dovessero comparire sul mercato sempre più modelli di SBC con architettura basata su CPU allo stato dell’arte e FPGA che fa da co-processore custom.
Con il crescente impiego di SBC COTS in applicazioni critiche crescerà inoltre anche l’attenzione agli aspetti di sicurezza di questi dispositivi, per la protezione di dati sensibili eventualmente presenti a bordo o la prevenzione da attacchi di tampering e reverse engineering. Una soluzione interessante recentemente apparsa sul mercato è, ad esempio, il Board Level Security Package fornito da Concurrent Technologies a corredo delle proprie schede cPCI, VXS e VPX. Il package, che si basa sull’adozione di soluzioni hw/sw, garantisce, tra l’altro, protezione da intrusione fisica, boot da sorgenti non sicure, esecuzione di applicativi non-trusted, tentativi di bypassing del firmware di basso livello.
Due aspetti che non mancheranno di avere peso significativo anche nel prossimo futuro nell’evoluzione degli SBC sono certamente flessibilità ed espandibilità di questi per quanto concerne le interfacce di I/O. Porte di comunicazione standard come GbE, USB, DisplayPort o HMI sono tipicamente ormai disponibili in maniera nativa a bordo. Per espansioni ulteriori, sono quindi presenti in maniera standard slot PMC/XMC, che consentono ad esempio di dotare le schede SBC di mezzanini A/D e D/A a elevate prestazioni (come quelli realizzati da Pentek) per la realizzazione di soluzioni su singola scheda per applicazioni radar o Software Defined Radio.
Accanto a tali espansioni PMC/XMC, tuttavia, con la diffusione di architetture che adottino FPGA in comunione a CPU classiche, come detto in precedenza, è naturale attendersi l’introduzione sempre più diffusa di slot analoghi per il supporto di schede FMC (dove, sempre restando nell’ambito delle applicazioni A/D e D/A, un fornitore di rilievo sul mercato è certamente ApisSys, presso cui sono disponili soluzioni con frequenze di campionamento fino a 5 Gsps).
Se dal punto di vista tecnologico il settore degli SBC continua a proporsi come uno di quelli di maggiore fermento con continue novità, purtroppo non può dirsi lo stesso del mercato italiano, che stenta a dare risposte soddisfacenti per quanto concerne diffusione e vendite. Tale sofferenza è certamente legata alla riduzione degli investimenti pubblici (anche nel settore della ricerca) e ai continui ritardi nell’avvio di nuovi programmi da parte di alcune delle principali compagnie, come conseguenza delle operazioni di ristrutturazione interne messe in atto da queste per rispondere alla crisi globale.