oldi

Архитектура Intel PCA

Сергей Пахомов

Введение

Стандарты сотовой связи следующего поколения

Принципы архитектуры Intel Personal Internet Client Architecture

Подсистемы платформы Intel PCA

   Подсистема приложений

   Коммуникационная подсистема

   Подсистема памяти

Открытые интерфейсы

Реализации

Заключение

 

В современном мире значение беспроводных карманных клиентских устройств усиливается по мере того, как мобильные пользователи предъявляют более высокие требования к функциональным возможностям, доступу к услугам и приложениям. С небывалой скоростью растут объемы продаж беспроводных телефонов, в том числе с возможностью подключения к Интернету. Согласно данным группы ARC Group (июнь 2001 года), количество абонентов операторов сотовой связи во всем мире вырастет с 444 млн. в 1999 году до 1,4 млрд. в 2004-м, а число абонентов сотовых телефонов с возможностью подключения к Интернету — соответственно с 5 млн. до 560 млн. По расчетам IDC (май 2001 года), число карманных устройств, подключаемых к Интернету, и интеллектуальных телефонов увеличится с 40 млн. в 2001 году до 526 млн. в 2005-м. Возможности Всемирной паутины в плане обучения, связи и развлечений во многом изменили стиль жизни и работы мобильных пользователей, тем более что мир Интернета становится доступным в любое время и в любом месте.

Введение

Новые технологии, в особенности пакетная передача данных, и появление общепризнанных стандартов также стимулируют разработку беспроводных устройств нового поколения  — это карманные ПК, интеллектуальные телефоны, Web-планшеты, электронные книги и другие устройства с возможностью подключения к Интернету. Пользователям требуется все более широкий спектр карманных устройств, которые способны обеспечить беспроводной сетевой доступ для проведения вычислений, для связи и развлечений.

Проводной доступ в Сеть сегодня целиком базируется на передаче данных. Беспроводные технологии тоже стремительно движутся в этом же направлении, что требует реализации в беспроводных средах новых функций обработки данных и манипулирования ими. Увеличение спроса на беспроводной доступ в Интернет открывает грандиозные перспективы для производителей беспроводных устройств и поставщиков услуг, но предъявляет им серьезные требования. Массовое использование Сети усиливает интерес пользователей к расширению доступа к Интернету, но они ожидают от беспроводных устройств того же уровня комфорта и тех же возможностей, что и при доступе к Сети при помощи настольных ПК.

Приложения беспроводных устройств следующего поколения, такие как потоковое видео, мультимедиа и анимированная графика, будут предъявлять высокие требования к уровню обработки данных беспроводными клиентскими устройствами. В настоящее время разработка приложений для таких устройств идет очень медленными темпами. Дело в том, что сначала создаются аппаратные средства и только потом разрабатываются приложения под эти аппаратные средства и под интерфейс связи, а затем проводится тестирование приложения на конкретных устройствах и интерфейсах. Каждое приложение должно быть рассчитано на определенную среду, и его нужно протестировать в этой среде. Отсюда следует вывод: если так будет продолжаться и впредь, то разработка приложений будет постоянно отставать от уровня развития Интернета.

Чтобы преодолеть указанную проблему, разработчики аппаратных средств и программного обеспечения должны действовать параллельно, причем приложения должны создаваться для процессора общего назначения, работающего в среде общего назначения. Такой параллельный подход позволит разработчикам аппаратных средств и ПО независимо друг от друга создавать более широкий спектр новых мобильных устройств с возможностью подключения к Интернету и программного обеспечения для этих устройств.

В начало В начало

Стандарты сотовой связи следующего поколения

Сейчас Интернет прокладывает свой путь к абонентам сотовых систем и к владельцам карманных ПК. Однако и аналоговая технология первого поколения AMPS, и технологии второго поколения GSM/TDMA/CDMA сотовой связи имеют ограниченный диапазон и ограниченную пропускную способность и не могут поддерживать высокие скорости передачи данных, необходимые для передачи разнообразного содержимого Интернета, а также не способны обеспечить должного уровня комфорта для пользователей. Однако в настоящее время разработаны и уже начинают внедряться беспроводные технологии новых поколений.

Многие специалисты считают 2,5G-поколение беспроводных технологий переходным на пути к сетям третьего поколения — 3G. Решения 2,5G включают новые технологии GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), которые обеспечивают значительное повышение скорости передачи данных по сравнению с предельным уровнем возможности современных систем сотовой связи. Если для систем второго поколения (2G) характерны скорости передачи данных от 9,6 до 14 Кбит/с, то для систем 2,5G — GPRS и EDGE — скорость передачи данных составит уже до 144 и 384 Кбит/с соответственно. А 3G-системы, такие как WCDMA, теоретически будут достигать скорости 2,0248 Мбит/с.

Стандарты сотовой связи третьего поколения изменят сам способ использования сотовых телефонов. Новое семейство карманных устройств будет представлять собой нечто большее, чем просто передатчик голоса. Будущие устройства смогут поддерживать широкий спектр мультимедийных приложений и услуг, требующих высокой пропускной способности, а также обеспечат доступ к корпоративным локальным и глобальным сетям.

Новые технологии сотовой связи изменят и способы работы пользователей, активно использующих сотовую связь. В связи с этим услуги операторов сотовой связи станут недостаточными в рамках возможностей сотовой связи. Уже сейчас пользователи могут загружать на свои мобильные устройства такие приложения, как декодер цифровой музыки в формате MP3, а в недалеком будущем карманные устройства позволят им осуществлять роуминг и взаимодействовать с новыми приложениями и с различными вычислительными устройствами, а также с другими пользователями без привязки к рабочему месту.

Архитектура сотовой сети будет использовать существующие и разрабатываемые Web-протоколы как собственные протоколы для поддержки мультимедийных услуг, для обеспечения совместимости с другими мобильными и проводными сетями следующего поколения и для совместимости с контроллерами шлюзов. Клиентская архитектура будет поддерживать широкий спектр клиентских терминалов, включая терминалы, способные передавать только речь, мультимедийные терминалы, карманные компьютеры и мобильные ПК. Архитектура сотовой сети будет гарантировать использование сотовой сети в сочетании со множеством проводных и беспроводных технологий доступа, таких как xDSL, беспроводная локальная сеть, цифровое вещание и все технологии радиодоступа IMT2000.

Кроме того, сотовые сети следующего поколения будут поддерживать протокол IP, обеспечивая пользователей мобильных карманных устройств доступом к Интернету с помощью этого протокола. Сотовые системы следующего поколения позволят мобильным карманным устройствам стать клиентами в рамках протокола «клиент-сервер». Новое поколение устройств с возможностью доступа в Интернет увеличит число беспроводных устройств, будет стимулировать повсеместное распространение Интернета и, естественно, потребует высокой пропускной способности при передаче данных.

В начало В начало

Принципы архитектуры Intel Personal Internet Client Architecture

Чтобы соответствовать новым потребностям рынка беспроводного Интернета, корпорация Intel определила новую архитектуру — Intel Personal Internet Client Architecture (Intel PCA). Цель этой архитектуры — упорядочить развитие аппаратных средств и стимулировать разработку ПО. В основу архитектуры Intel PCA заложены следующие базовые принципы:

1. Открытость — архитектура Intel PCA поддерживается в разнообразных операционных системах и беспроводных интерфейсах.

2. Модульность — новая архитектура характеризуется высоким уровнем модульности, допуская независимую проверку каждого модуля и использование его во многих различных системах. Модульная конструкция создает условия для добавления и замены аппаратно-программных компонентов без повторной проверки конструкции и составляющих устройства.

3. Широкая совместимость — архитектура Intel PCA обеспечивает обратную и прямую совместимость с существующими и будущими платформами. В частности, любое приложение, написанное в рамках архитектуры Intel PCA, будет работать на будущих устройствах Intel PCA.

4. Использование стандартов — везде, где это возможно и допустимо, используются отраслевые стандарты.

Intel PCA является открытой платформенной архитектурой — главным образом для приложений следующих беспроводных и сетевых клиентских устройств:

• беспроводные карманные клиенты (от карманных устройств, рассчитанных на передачу голоса, до карманных ПК);

• интеллектуальные телефоны и коммуникационные устройства;

• Web-планшеты;

• бортовые компьютеры автомобилей.

Следует отметить, что архитектура Intel PCA не будет распространяться на мобильные ПК. Эта архитектура предоставляет стандартную платформу приложений, выстроенную вокруг процессора общего назначения, определяя открытую среду для разработчиков аппаратных средств и программного обеспечения и позволяя при этом осуществлять связь между широким спектром беспроводных интерфейсов.

В начало В начало

Подсистемы платформы Intel PCA

Архитектура Intel PCA предоставляет платформу для разработки и внедрения беспроводных устройств, приложений и услуг следующего поколения. Разработчики аппаратного и программного обеспечения получают возможность проектировать, масштабировать и широко внедрять свою продукцию с меньшими затратами и за более короткое время — за счет того, что Intel PCA определяет аппаратную архитектуру с общими компонентами и открытыми интерфейсами, а также обеспечивает программную платформу с открытыми интерфейсами.

Платформа сотовой связи делится в архитектуре Intel PCA на три части: подсистема приложений, коммуникационная подсистема и подсистема памяти (рис. 1), что позволяет разработчикам приложений создавать свою продукцию независимо от коммуникационных стандартов. Архитектура Intel PCA обеспечивает открытые программные интерфейсы и службы между физической платформой (включая коммуникационную часть) и программным обеспечением, облегчая разработку приложений благодаря абстрагированию от физических ресурсов.

Каждая подсистема Intel PCA отделена от других подсистем открытым интерфейсом, что обеспечивает:

• легкую интеграцию и расширение за счет новых компонентов подсистемы;

• масштабируемость посредством замены и добавления основных компонентов;

• возможность внедрения в будущем новых функций вследствие изначально высокой степени абстракции;

• условия для добавления и замены аппаратно-программных компонентов без необходимости повторной проверки конструкции и составляющих устройства за счет модульной конструкции;

• поддержку всех основных стандартов интерфейсов сотовой связи благодаря отделению коммуникационной подсистемы и возможности ее замены на новую (с новой логикой и новым ПО);

• гибкость внедрения в клиентские устройства.

Подсистема приложений

В состав подсистемы приложений архитектуры Intel PCA входят процессор общего назначения и перепрограммируемая вычислительная среда, способная обеспечить работу операционной системы, пользовательского интерфейса и приложений. Среда управляет такими ресурсами, как устройства ввода-вывода, устройства расширения, интерфейсы памяти, управление питанием, а также взаимодействует с подсистемой коммуникации.

Программная архитектура подсистемы приложений подразделяется на следующие программные модули: приложения, ПО промежуточного уровня, операционные системы и службы, а также службы платформенного уровня. Подсистема приложений может использовать эти службы на различных уровнях абстрагирования, благодаря чему можно достичь разной степени масштабируемости и переносимости. Таким образом, подсистема приложений состоит из следующих программных модулей:

• службы платформенного уровня — обеспечивают абстрагирование от аппаратных средств и интерфейсов для аппаратного обеспечения архитектуры Intel PCA;

• операционные системы и службы — обеспечивают архитектурную платформу для приложений и модельных задач, а также предоставляют основные службы;

• ПО промежуточного уровня, то есть дополнительные программные компоненты, — добавляют новые службы для приложений;

• приложения — обеспечивают пользователей реальной функциональностью.

Архитектура Intel PCA предоставляет широкий набор возможностей, масштабируемых через комбинации аппаратных средств и ПО, позволяя масштабировать приложения для создания конкретного решения. Главная архитектурная концепция, поддерживающая эту масштабируемость, заключается в определении составных блоков и служб. Службы изолируют программные модули, благодаря чему приложения и ПО промежуточного уровня могут разрабатываться независимо от коммуникационной подсистемы и самой платформы — это сохраняет инвестиции, позволяя одновременно расширять пользовательскую функциональность устройств.

Разделение служб также позволяет создавать новые службы на базе служб более низкого уровня — таким образом могут быть встроены и расширены (в пределах программируемой модели Intel PCA) основные мультимедиаслужбы и управление ресурсами.

Коммуникационная подсистема

Коммуникационная подсистема обеспечивает подсистему приложений службами доступа к беспроводной сети сотовой связи независимо от физической среды. Службы этой подсистемы не зависят от технологии связи и отвечают за поддержку соединения с беспроводной сетью, а также за поступление данных для подсистемы приложений.

В состав коммуникационной подсистемы может входить один или более процессоров, таких как DSP или процессор общего назначения. Для обеспечения обработки основного канала при интенсивных обращениях в режиме реального времени коммуникационная подсистема дополнена логикой ускорения протокола связи и обработкой DSP.

Архитектура Intel PCA основана на разделении подсистемы приложений и коммуникационной подсистемы, благодаря чему коммуникационная подсистема может скрывать от приложения технологию доступа к беспроводной сети. Следовательно, приложение уже не зависит от сотовой связи и может быть перенесено на множество различных технологий.

Подсистема памяти

Главным компонентом архитектуры Intel PCA является подсистема памяти. Мобильные беспроводные устройства предъявляют весьма специфические требования к памяти, прежде всего в плане достижения компромисса между уменьшением потребления энергии и обеспечением максимально высокой производительности, причем цена подсистемы памяти должна быть по возможности меньше. На практике возможности приложений, услуг и устройств иногда определяются возможностями и емкостью типов памяти. Архитектура Intel PCA обеспечивает все основные реализации элементов памяти, включая кэш-память, интегрированную память и устанавливаемую память.

Многопроцессорная архитектура Intel PCA допускает множество видов реализаций с использованием совместимых компонентов. Как следствие, элементы памяти могут быть спроектированы и встроены самыми разнообразными способами, поскольку в качестве таких компонентов могут выступать энергозависимые и энергонезависимые элементы памяти, например SRAM, DRAM и флэш-память.

В начало В начало

Открытые интерфейсы

Для разделения клиентской платформы на подсистему приложений и коммуникационную подсистему интерфейс между ними должен передавать данные и контролировать поток информации в обоих направлениях, включая способность предавать сигналы «пробуждения» другим подсистемам. В настоящее время стандарта для такого интерфейса не существует, вследствие чего имеется множество различных решений, включая реализации совместно используемой памяти (например, двухпортовой RAM), USB, SSP и UART. Такие решения обычно требуют довольно большого числа сигналов, а кроме того, они не масштабируемы и далеко не оптимальны.

Чтобы достичь поставленной перед Intel PCA цели обеспечения открытой архитектуры, позволяющей осуществлять легкое соединение с множеством различных беспроводных интерфейсов, следует определить стандарты этого интерфейса. Поэтому интерфейс взаимодействия канала Intel PCA с процессором приложений предполагает открытый интерфейс между подсистемой приложений и коммуникационной подсистемой.

Открытый интерфейс должен использоваться для всех типов связей между подсистемой приложений и коммуникационной подсистемой, а именно:

• контроль функций со стороны подсистемы приложений;

• уведомления со стороны коммуникационной подсистемы;

• переданные и полученные данные.

Процессорный интерфейс взаимодействия канала Intel PCA с приложениями рассчитан на высокую пропускную способность и на существование множества одновременных потоков данных для приложений сотовых устройств следующего поколения и сетевых данных. Этот интерфейс состоит из физического интерфейса, соединяющего подсистему приложений с коммуникационной подсистемой, и уровня взаимодействия данных, который управляет потоками данных по физическому интерфейсу. Чтобы достичь высокой производительности взаимосвязей различных компонентов беспроводного устройства, Intel PCA рекомендует интерфейс нового поколения, который имеет более высокую пропускную способность и более надежные службы, чем обычные последовательные порты. Этот масштабируемый и высокоскоростной интерфейс оптимизирован для потоков данных приложений.

Независимо от физического интерфейса все приложения, написанные на логическом уровне, могут достичь максимума совместимости. Разработчики приложений и системные конструкторы могут использовать логический уровень, чтобы разделить приложение между подсистемой приложений и коммуникационной подсистемой. Кроме того, этот уровень можно использовать для разработки приложения еще до выпуска аппаратной части.

Уровневый интерфейс взаимодействия канала Intel PCA с приложениями отражает своеобразную программную точку зрения на подсистему приложений и обеспечивает необходимое разделение двух подсистем для их независимого развития. Этот уровневый интерфейс взаимодействия канала Intel PCA с приложениями предоставляет масштабируемое решение, которое позволяет подсистеме приложений поддерживать взаимодействие с коммуникационной подсистемой в различных физических реализациях. Данное решение состоит из надежного сетевого уровня для установления и поддержки соединения между конечными точками и из одного или более контрольных протоколов высшего уровня, облегчающих коммуникацию подсистем. Для обеспечения масштабируемого решения потребуются только определенные компоненты уровневого интерфейса — в зависимости от физической конфигурации. Например, в однопроцессорных решениях не потребуется уровень взаимодействия данных, поскольку подсистема приложений и коммуникационная подсистема ограничены одним узлом.

В начало В начало

Реализации

Архитектура Intel PCA определяет два типа реализаций:

• модульная реализация — устройство физически разделено на подсистему приложений и коммуникационную подсистему;

• интегрированная реализация — коммуникационная подсистема находится на той же физической подсистеме, что и подсистема приложений.

В модульных конфигурациях (рис. 2) память должна быть разделена на независимые подсистемы — подсистему приложений и коммуникационную подсистему, либо это может быть единая подсистема памяти, совместно используемая обеими указанными подсистемами.

В интегрированных конфигурациях аппаратные средства и ПО должны гарантировать, что подсистема памяти остается независимой от любых протоколов.

В обоих типах реализации подсистема коммуникаций обычно содержит DSP и процессор общего назначения, причем DSP обычно имеет дело с низкими уровнями протокола связи, а процессор общего назначения — с высшими уровнями этого протокола. В интегрированной конфигурации на процессоре общего назначения могут также выполняться приложения, в частности любое приложение, использующее программную платформу Intel PCA и API-интерфейс. Подсистема памяти, включающая как энергозависимые, так и энергонезависимые элементы, может полностью или частично располагаться на наборе микросхем. Ресурсы памяти могут совместно использоваться для приложений и задач обеспечения коммуникаций.

В начало В начало

Заключение

Intel PCA — это архитектура системного уровня, служащая для ускорения разработки беспроводных Интернет-устройств следующего поколения и предоставляющая разработчикам ПО и производителям беспроводных устройств открытую программную архитектуру и общую аппаратную платформу. Рядовые и корпоративные пользователи получают больше доступных приложений, широкий спектр услуг и сетей, больше возможностей беспроводных платформ. Новые и обновленные приложения могут теперь обновляться динамически, ускоряя внедрение новых возможностей.

Производителям оборудования предлагается большее разнообразие оптимизированных модулей для создания более компактных и легких устройств с увеличенным сроком службы от батарей, более быстрым откликом и повышенной емкостью устройств хранения. Поставщики услуг и разработчики приложений могут воспользоваться разнообразными аппаратными средствами с дополнительными возможностями, которые, в свою очередь, предполагают разработку новых приложений и развитие новых услуг. Разработчики приложений и производители аппаратных средств могут основываться на более разнообразной аппаратной базе с повышенными возможностями, более низкими затратами и сокращенными сроками разработки. Разработчики получают открытую аппаратную платформу, позволяющую быстрее переносить приложения на различные платформы и типы устройств.

Поставщики мобильных услуг могут расширить базы пользователей и предоставлять им различные услуги за счет новых возможностей мобильных устройств и способов их использования. Поставщикам Интернет-услуг предоставляется возможность увеличить количество клиентов, использующих устройства на базе архитектуры Intel PCA.

 

При написании статьи использованы материалы, предоставленные корпорацией Intel.

КомпьютерПресс 12'2003