Couverture ElectroniqueS n°127

Technologie d'avant-garde au début des années quatre-vingt-dix, en léger déclin au début des années deux mille, le PC/104 connaît aujourd'hui un regain d'intérêt dû, à la fois, aux cartes très intégrées proposées par les fabricants et aux initiatives des comités de normalisation qui apportent des niveaux de performances inédits dans ce domaine. Depuis leur introduction en 1991, les systèmes basés sur le standard PC/104 ont été largement adoptés dans des secteurs d'application comme les transports, le contrôle de process industriel et les systèmes de défense. Le choix d'un tel format par les architectes système est intimement lié aux avantages en termes de légèreté, de compacité (les cartes mesurent 90 x 96 mm), de facilité d'évolution et de fiabilité mécanique des connecteurs qu'offre ce facteur de forme.Cependant, la demande des utilisateurs pour des fonctionnalités toujours plus étendues et des niveaux de fiabilité de plus en plus élevés pour ces cartes PC/104 obligent les fabricants à développer des méthodes d'ingénierie spécifiques pour leur réalisation. Ainsi, il est nécessaire de trouver des solutions pour élargir la gamme de température d'utilisation des cartes et, par conséquent, étendre leur plage d'applications et améliorer leur fiabilité, et pour leur apporter plus de puissance de calcul.Concernant la fiabilité, celle d'un système complet dépend directement de la fiabilité de ses composants, la sélection de chacun d'entre eux (circuit imprimé, connecteurs, châssis, alimentations, radiateurs) devant être étudiée avec soin. Dans beaucoup de cas d'utilisation, les cartes PC/104 demandent aujourd'hui une garantie de fonctionnement dans des gammes de température qui dépassent souvent la plage préconisée par les fabricants des composants. Pour y parvenir, on peut choisir des versions plus robustes de certains types de composants (utiliser par exemple des condensateurs au tantale plutôt que des modèles catalytiques). Mais pour d'autres composants, comme les processeurs à haute performance, les jeux de circuits ou les mémoires, les points critiques sont l'analyse des effets thermiques et la construction de la carte de façon à conserver ses fonctionnalités dans les pires conditions.Ainsi, le refroidissement par flux d'air forcé n'est pas toujours acceptable dans les systèmes à base de cartes PC/104 car, d'une part, leur compacité atténue l'efficacité du refroidissement par air et, d'autre part, la faible durée de vie des ventilateurs est inférieure à celle des composants qu'ils refroidissent. Par exemple le MTBF (Meantime beetwen failure, temps moyen entre pannes) d'un ventilateur typique ne dépasse pas 20 000 h, alors qu'une carte processeur PC/104 doit avoir un MTBF excédant 100 000 h.Afin de minimiser cet effet, et se passer de ventilateur tout en s'accommodant de la faible capacité de dissipation de chaleur des systèmes PC/104, de nombreux fabricants de cartes processeurs utilisent des unités centrales à faible émission de chaleur, comme le Pentium III fonctionnant de 300 à 600 MHz avec une consommation réduite. Cependant, ces processeurs se retrouvent avec des performances modestes en regard de ce qui est demandé pour les applications modernes.Apporter le PCI Express sur une carte PC/104Le consortium PICMG développant des standards pour systèmes embarqués à bus passif a récemment annoncé plusieurs spécifications, dans lesquelles le bus PCI est remplacé par un bus série, tel que le PCI Express, Infiniband, RapidIO ou autre. Par conséquent, l'apparition d'une interface série à haute vitesse comme média d'échange de données au sein du monde du PC/104 semble naturelle, et son arrivée n'est qu'une question de temps. A l'heure actuelle, le plus proche « voisin » du standard PC/104 est le standard Epic (Embedded platform for embedded computing), pris en charge désormais par le consortium PC/104(2). Dans la plus récente spécification Epic, le bus PCI est remplacé par un PCI Express avec 4 canaux, soit un rang de connecteurs à 10 Gbits/s, ou 12 canaux, soit 3 rangs de connecteurs (figure 3).Ainsi, bien que le consortium PC/104 n'ait pas encore publié de standard PC/104 intégrant le PCI Express, les travaux autour du facteur de forme Epic ont inspiré Fastwel pour développer sa carte CPC1700, une des premières carte PC/104 à bus PCI Express. En fait, il s'agit de la modification de la carte processeur PC/104 Plus CPC1600, sur laquelle le connecteur PCI est remplacé par un PCI Express à quatre canaux qui peut être configuré en quatre fois x1 ou une fois x4. Ainsi, les cartes Epic Express et PC/104 Express de Fastwel sont à la fois compatibles avec la majorité des cartes applicatives Isa, développées par les sociétés membres du consortium PC/104 et par une myriade d'autres concepteurs qui réalisent leurs propres cartes spécifiques utilisant ce bus Isa.Avec ces technologies, les développeurs de systèmes embarqués peuvent désormais utiliser de nouvelles cartes compactes, dotées de processeurs à hautes performances et de bus d'échange de données série rapides. Traitement vidéo pour applications de sécurité (flux descendant, codage, paquetage et stockage), capture et traitement d'images pour les systèmes de surveillance, acquisition de cibles et poursuite en application de défense, font partie, pour n'en citer que quelques-unes, des applications ciblées par exemple par les cartes CPC1600 et 1700 au format PC/104.(1) Pour des applications qui demandent des taux de transfert élevés entre CPU, mémoire et entrées/sorties, le passage d'un bus système de 400 à 533 MHz améliore les performances générales d'environ 30 %.(2) Ces calculateurs monocartes peuvent accueillir des modules PC/104 grâce aux interfaces Isa et PCI. Voir le site www.pc104.orgpour les détails de la spécification Epic 2.0.Le PC/104 en quelques chiffres…Le consortium des fabricants de cartes PC/104, établi depuis quatorze ans, réunit aujourd'hui plus de 50 sociétés actives, spécialisées dans le développement de différents produits pour ce standard.Selon la société d'étude de marché Electronics Trend Publications, le marché mondial des cartes PC/104 s'élève à environ 170 M$ par an.Les statistiques indiquent que la majorité de ces cartes est utilisée dans les systèmes industriels (50 %) et militaires (20 %).Sur un plan fonctionnel, on distingue deux segments de cartes PC/104 avec des volumes de ventes sensiblement égaux : les cartes CPU et les cartes d'entrées/sorties.

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