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工业PC和平板电脑:外形与功能的新融合

来源:控制工程网2016.05.26阅读 1741

  工业计算机工业PC)和平板电脑的持续发展,使用户在生产能力、可用性和诊断精度等方面获得了巨大的收益。使用有线的、依靠操作人员旋钮和按钮完成的控制正在转向无线以太网的触摸屏装备。这些装备与从智能手机到平板电脑的个人消费领域的无线设备并行发展,确保在诸如直观感觉、基于手势的图形用户界面浏览性能等方面,具有相似的外观和用户体验,使之在每个设备上都可以使用。
  这些创新自然而然地拓展了工业PC的性能、运行范围和多功能性。同时还使其更具有鲁棒性,对不同经验水平的操作人员都更具有用户友好性。在某些设计中需要在整个系统的生命周期中保持一致——例如,更小的外形尺寸和低功耗永远都是重要的属性。
  另外一些需求则相对较新,源于不断增长的设备可靠性方面的要求,不断发展的通讯标准和协议,以及不断出现的安全方面的考虑和“app应用商店”生态系统和经济方面的考虑,这一切都在改变着系统定制的方式。
  图形处理、外形尺寸和功耗
  近些年,最具价值的科技进步之一就是高性能的图形处理能力,包括高清晰度的图像分辨率、视频播放以及3D图形(在高精度应用中可以使用360度可视化功能)。
  过去数年,在工艺平台层面,这些图形功能一般由CPU和图形处理器单元(GPU)芯片组、显卡、输入/输出(I/O)控制器的不同组合驱动,但是这会造成系统体积过大。随着片上系统(SOC)嵌入式处理器在设计方面的发展,这些处理平台的复杂性逐步降低和系统尺寸也显著减少。片上系统处理器结构,集成了低功耗CPU、GPU和I/O控制器集线器,提供了集成处理平台,不但可以节约系统空间,还可以减少主板的层数和功耗需求。
  单芯片SOC结构,对于有3D图形和视频渲染需求的应用来讲是一个优势。利用SOC,板载CPU和GPU可以共享系统内存资源,使其更易于在CPU和GPU之间切换工作负荷,分配最适合的计算元件,适用于高速多媒体处理。这样,使用更为精简的系统,就可以完成更强大的处理能力www.cechina.cn,而且由于体积较小,因此更易于布置和使用,从而节省了宝贵的空间,再辅以流行的手持式平板电脑,为现场的移动性提供了更多的便利。
  对于任何计算设备来讲,能源效率都是非常重要的特性。用电池供电的便携式设备的能源效率,往往要比直接使用电源、固定安装的设备要精确的多。对于配置高性能图形处理的工业平板电脑来讲,更是如此。
  低功耗、高性能SOC处理器运行功率为15W或更少,有助于降低工业平板电脑的功耗,提升性能/功率比,这样就可以使用更小的电池(将进一步减少了系统的体积),同时延长现场设备的运行时间。
  功耗的降低,在能源效率方面也带来了效益,使得处理器层面的功耗可以实时的随着处理速度的变换而变化。基于处理器的负荷,自动触发限制功能www.cechina.cn,可以在备用间隙降低功耗www.cechina.cn,只有在需要更高的性能和响应性的时候,功耗才会升高。这就可以改善能源效率,使得“按需性能”成为可能。
  考虑到生产车间或类似的严酷环境下不断发展的网络系统,当使用环境温度较高时(这种情况比较常见),工业PC和平板电脑如果具有根据性能调节功耗的能力是非常有价值的。基于SOC处理平台的工业PC和平板电脑,可以使用可配置散热设计的功能。一个设计热容量为15W的SOC,可被调整到10W,这样在高温运行环境下,也可以保持在适当的功率负荷和热量阈值下。


■ 高性能的图形处理、先进的嵌入式处理器以及不断发展的性能需求,正在改善工业PC的外观、用户体验和功能。图片来源:研华科技

  冷却和强化
  低功耗和低热量耗散,是系统冷却环节非常关键的因素。如果设计合理,在工业PC和平板电脑内可以不使用风扇。在系统中不使用机械风扇,可获得诸多好处,包括显著降低整个系统的体积,有助于确保高可靠性,使活动部件使运行更安静,以及减少受冲击和振动影响的可能性。
  无风扇的工业PC和平板电脑也能被封装起来,无通风孔的外壳,使其在恶劣环境下具有更高的可靠性成为可能。由于冲击、振动和极端高温所造成的系统内存崩溃故障,可以通过处理器级的错误矫正代码来消除,该代码可以定位和矫正位故障。
  对于处理器驱动功率、冷却和可靠性等方面的考量,应该在工业PC和平板电脑进行采购之初给出清晰定义CONTROL ENGINEERING China版权所有,包括从低端到高端的性能需求,考察产品线的可扩展性是否支持大范围的环境温度等等。
  展望未来,操作系统革命
  接口的连接性、安全性以及无线系统的不断发展,为工业PC系统带来了新的机遇。客户希望工业PC系统,能够接受新技术和不断出现的通讯协议;没有一种工业PC或平板电脑能够包含所有的东西。
  对于这样的系统来讲,适应多种互联标准、周边设备互联(PCIe)、USB、蓝牙、3G、4G等等,一般都是一种优势。支持灵活的PCIe配置,尤其重要,因为利用它可以使用其它的工业通讯协议和插件。支持1x4和4x1-PCIe总线配置的嵌入式处理器的应用,在工业PC系统中非常受欢迎。
  在工业网络内实现无线互联,网络可能会引入很大的风险,比如知识产权失窃、人工干预、病毒和其它未经授权的数据泄露。工业PC和平板电脑使用受信任的平台模块(TPM),可以很好的防范这些攻击,确保安全授权接入以及其它保护措施中的加密数据。嵌入到SOC的安全处理器,使其可以支持安全措施,提供原生的TPM支持和硬件加速加密能力,确保启动功能的安全,以降低软件和硬件的风险。
  也许,最重要的趋势是对安卓操作系统的兴趣在不断增加。这种变革仍然处在概念阶段,但是其潜在效益,值得未来的探索和讨论。
  尽管微软视窗操作系统在现有工业PC操作系统中仍然占有统治地位,安卓却代表着降低设计和开发成本、便于将app商店的方法应用于工业PC软件定制、实现功能专业化的一个机会。利用主流移动操作系统,当然是经过调试、强化的商业工业计算机应用,系统集成商就可以推荐或选择最合适的app来实现工业应用,将最终的客户定制方案由客户来实现。
  硬件层面的客户定制,经常会被要求在此新模型下实现CONTROL ENGINEERING China版权所有,尤其是使用特殊仪表的工业PC和平板电脑。但是由于安卓系统所带来的软件灵活性,也许有一天,为工业PC和平板电脑升级新的软件工具和功能,可以像在手机中安装应用软件一样容易。(作者:Jo Sunga)

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