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Die Erfindung betrifft ein Computersystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Computersystems.
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In vielen Bereichen der Industrie, des Gewerbes und im Personenverkehr werden eingebettete Computersysteme verwendet, welche im Englischen auch als „embedded systems“ bezeichnet werden.
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Diese Computersysteme sind üblicherweise speziell auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten und umfassen die für diese spezielle Anwendung notwendigen Komponenten und Schnittstellen.
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Dies ist einerseits vorteilhaft, da die Rechnerleistung, die Speicherkapazitäten und die Schnittstellen genau auf die gewünschte Anwendung zugeschnitten sind, wodurch überschüssige Rechenressourcen vermieden und Kosten eingespart werden können.
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Andererseits weisen aus dem Stand der Technik bekannte eingebettete Computersysteme den Nachteil auf, dass sie kaum oder sogar gar nicht nachrüstbar sind, wenn sich die Anforderungen an die Rechenleistung und/oder die Schnittstellen verändern.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Computersystem bereitzustellen, das eine einfachere Nachrüstung und/oder Umrüstung von Komponenten erlaubt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Computersystem, das ein Rechenmodul und ein Kommunikationsmodul aufweist Das Rechenmodul umfasst ein COM Express Modul und/oder ein COM HPC Modul. Das Kommunikationsmodul umfasst ein SMARC Modul und/oder ein Qseven Modul. Das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul sind mittels PCI Express miteinander signalübertragend verbunden. Das Rechenmodul weist einen ersten Referenzoszillator auf, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Referenztaktsignal für das Rechenmodul zu generieren. Das Kommunikationsmodul weist einen zweiten Referenzoszillator auf, der dazu ausgebildet ist, ein zweites Referenztaktsignal für das Kommunikationsmodul zu generieren. Das Rechenmodul ist als Host und das Kommunikationsmodul als Client eingerichtet.
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Das erfindungsgemäße Computersystem basiert auf dem Gedanken, die Vorteile des COM Express bzw. des COM HPC Standards einerseits und die Vorteile des SMARC bzw. des Qseven Standards andererseits miteinander zu kombinieren.
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So zeichnet sich das Rechenmodul aufgrund des COM Express bzw. COM HPC Standards durch eine einfache Nachrüstbarkeit der Rechen- und Speicherkomponenten, insbesondere von CPUs, GPUs und/oder Arbeitsspeicher aus.
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Demgegenüber zeichnet sich das Kommunikationsmodul durch eine hohe Flexibilität sowie durch einen geringen Stromverbrauch aus. Die hohe Flexibilität ist dabei unter anderem auf die große Zahl von standardmäßig unbelegten und daher frei belegbaren Pins von SMARC- bzw. Qseven-Boards zurückzuführen. Anders ausgedrückt stehen also noch viele freie Pins zur Kommunikation mit I/O-Schnittstellen des Computersystems und mit dem Rechenmodul zur Verfügung.
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Der PCI Express Standard erlaubt eine besonders hohe Datenrate, wobei sich die einzelnen beteiligten Komponenten gegenseitig nicht stören.
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Üblicherweise sind jedoch sowohl COM Express Module als auch SMARC Module als Host eingerichtet, weshalb eine Kommunikation zwischen COM Express Modul und SMARC Modul per PCI Express nicht ohne weiteres funktioniert.
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Mit der erfindungsgemäßen Konfiguration der PCI Express Verbindung bzw. zwischen dem Rechenmodul und dem Kommunikationsmodul kann jedoch eine funktionale PCI Express Verbindung zwischen dem Rechenmodul und dem Kommunikationsmodul hergestellt werden.
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Das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul erzeugen jeweils ein eigenes Taktsignal, auf dem basierend sie jeweils Daten verarbeiten. Diese Konfiguration ermöglicht eine fehlerfreie Kommunikation zwischen dem Rechenmodul und dem Kommunikationsmodul mittels PCI Express.
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Dabei ist das Rechenmodul der Host, d.h. das Rechenmodul steuert und überwacht das restliche Computersystem.
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Das Kommunikationsmodul ist dabei als Client eingerichtet, wird also vom Rechenmodul gesteuert und überwacht.
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Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Patentanmeldung aus Gründen der Lesbarkeit zu den einzelnen Standards jeweils nur die Oberbegriffe genannt werden. Damit sind jedoch stillschweigend auch stets alle geeigneten Varianten des jeweiligen Standards gemeint. Beispielsweise sind unter dem Begriff „COM Express“ die Varianten COM Express 1, 2, 3 etc. zusammengefasst. Insbesondere ist auch COM Express 3.0 umfasst.
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Gleiches gilt für den Begriff „SMARC“, der insbesondere SMARC 2.0 einschließt, sowie für die Begriffe „COM HPC“ und „Qseven“, und die Kommunikationsstandards, insbesondere PCI, PCI Express, SPI und/oder USB.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Kommunikationsmodul ein FPGA-Modul aufweist, insbesondere wobei das FPGA-Modul mit dem Rechenmodul per PCI Express signalübertragend verbunden ist. Dementsprechend kann das FPGA-Modul mit einer hohen Datenrate mit dem Rechenmodul kommunizieren. Insbesondere ist PCI Express hardwarebasiert im FPGA-Modul integriert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Computersystem wenigstens eine I/O-Schnittstelle auf, wobei das FPGA-Modul dazu eingerichtet ist, basierend auf wenigstens einem ersten Kommunikationsstandard mit dem Rechenmodul zu kommunizieren und basierend auf wenigstens einem zweiten Kommunikationsstandard mit der wenigstens einen I/O-Schnittstelle zu kommunizieren, und wobei das FPGA-Modul dazu eingerichtet ist, Signale vom wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard zum wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard zu konvertieren und umgekehrt. Das FPGA-Modul sorgt also dafür, dass die Kommunikation zwischen dem Rechenmodul und der wenigstens einen I/O-Schnittstelle funktioniert, indem es Signale zwischen dem wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard und dem wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard konvertiert.
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Dementsprechend bietet das erfindungsgemäße Computersystem also eine einfache Nachrüstbarkeit der Rechenkomponenten und erlaubt auch einen nachträglichen Austausch und/oder die Ergänzung von I/O-Schnittstellen. Das erfindungsgemäße Computersystem ist also in der Rechenleistung skalierbar, insbesondere auch noch nachträglich skalierbar. Außerdem erlaubt das erfindungsgemäße Computersystem eine Anpassung der I/O-Schnittstellen an kundenspezifische Anforderungen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kommunikationsmodul dazu ausgebildet, basierend auf einem vom Rechenmodul zum Kommunikationsmodul übertragenen Datensignal eine Taktrückgewinnung durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich ist das Rechenmodul dazu ausgebildet, basierend auf einem vom Kommunikationsmodul zum Rechenmodul übertragenen Datensignal eine Taktrückgewinnung durchzuführen. Bei der Taktrückgewinnung wird basierend auf dem Datensignal der Takt, also die Symbolrate des Datensignals ermittelt. Die Symbolrate kann dabei verschieden von der Frequenz des ersten Referenztaktsignals und/oder von der Frequenz des zweiten Referenztaktsignals sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird kein separates Taktsignal zwischen dem Rechenmodul und dem Kommunikationsmodul übertragen. Vielmehr wird das übertragene Datensignal basierend auf der oben beschriebenen Taktrückgewinnung verarbeitet. Das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul weisen also voneinander getrennte Taktsignalpfade auf.
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Vorzugsweise weisen das erste Referenztaktsignal und das zweite Referenztaktsignal dieselbe Frequenz auf. Unter „dieselbe Frequenz“ ist dabei zu verstehen, dass die Frequenz der Referenztaktsignale, wie auch im PCI Express Standard definiert, jeweils maximal um ±300 ppm von einer vordefinierten Taktfrequenz abweicht.
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Insbesondere ist der erste Referenzoszillator mit einem Prozessor des Rechenmoduls signalübertragend verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite Referenzoszillator mit dem FPGA-Modul signalübertragend verbunden. Der erste Referenzoszillator gibt also den Takt vor, mit dem Daten in den Prozessor geladen werden. Analog dazu gibt der zweite Referenzoszillator den Takt vor, mit dem Daten in das FPGA-Modul geladen werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul jeweils auf einem separaten Baseboard angebracht. Alternativ sind das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul auf einem gemeinsamen Baseboard angebracht. Sind das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul auf einem gemeinsamen Baseboard angebracht, so ergibt sich ein Computersystem, das besonders kompakt ist, insbesondere besonders wenig Bauraum beansprucht. Sind hingegen das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul auf verschiedenen Baseboards angebracht, so können die einzelnen Komponenten besonders leicht ausgetauscht werden.
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Vorzugsweise weist das Rechenmodul einen x86-Prozessor auf. Dementsprechend weist das Rechenmodul eine große Rechenleistung auf und kann große Datenmengen schnell verarbeiten.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Kommunikationsmodul einen ARM- und/oder x86-Prozessor auf. Der ARM-Prozessor weist einen geringen Energieverbrauch auf, da er komponentenweise abschaltbar ist. Dementsprechend kann der ARM-Prozessor im Bedarfsfall flexibel zugeschaltet werden, wenn es die Umstände erfordern. Demgegenüber bietet der x86-Prozessor verglichen mit dem ARM-Prozessor eine höhere Rechenleistung, was besonders dann von Vorteil ist, wenn der Prozessor einen Großteil der Zeit in Betrieb ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der ARM- und/oder x86-Prozessor mit einer Ethernet-Schnittstelle und/oder mit einer USB-Schnittstelle verbunden ist. Der ARM-Prozessor kann im Bedarfsfall flexibel zugeschaltet werden, wenn gerade besonders viele Daten verarbeitet und übertragen werden müssen. Demgegenüber bietet der x86-Prozessor verglichen mit dem ARM-Prozessor eine höhere Rechenleistung, was besonders dann von Vorteil ist, wenn der Prozessor einen Großteil der Zeit in Betrieb ist.
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Vorzugsweise sind bzw. ist das Rechenmodul und/oder das Kommunikationsmodul wärmeleitend mit einem Gehäuse des Computersystems verbunden. Dadurch ist gewährleistet, dass Wärme vom Rechenmodul und vom Kommunikationsmodul, insbesondere von auf diesen Modulen verbauten Prozessoren und/oder anderen Bauteilen über das Gehäuse nach außen abgeleitet wird.
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Außerdem ist dadurch gewährleistet, dass das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul dieselbe oder zumindest eine ähnliche Temperatur aufweisen, sodass interne Referenzoszillatoren des Rechenmoduls und des Kommunikationsmoduls denselben thermalen Drift erfahren. Dementsprechend kommt es nicht zu Frequenzversätzen der internen Referenzoszillatoren, die durch Temperaturunterschiede bedingt sein können.
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Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Computersystems, insbesondere eines oben beschriebenen Computersystems. Das Computersystem weist ein Rechenmodul mit einem ersten Referenzoszillator und ein Kommunikationsmodul mit einem zweiten Referenzoszillator auf. Das Rechenmodul umfasst ein COM Express Modul und/oder ein COM HPC Modul. Das Kommunikationsmodul umfasst ein SMARC Modul und/oder ein Qseven Modul. Das Rechenmodul und das Kommunikationsmodul sind mittels PCI Express miteinander signalübertragend verbunden. Das Rechenmodul ist als Host und das Kommunikationsmodul als Client eingerichtet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Generieren eines ersten Referenztaktsignals für das Rechenmodul mittels des ersten Referenzoszillators;
- - Generieren eines zweiten Referenztaktsignals für das Kommunikationsmodul mittels des zweiten Referenzoszillators;
- - Generieren von zumindest einem Datensignal mittels des Rechenmoduls basierend auf dem ersten Referenztaktsignal und/oder mittels des Kommunikationsmoduls basierend auf dem zweiten Referenztaktsignal;
- - Übertragen des Datensignals zum Kommunikationsmodul bzw. zum Rechenmodul mittels PCI Express; und
- - Verarbeiten des Datensignals mittels des Kommunikationsmoduls basierend auf dem zweiten Referenztaktsignal bzw. mittels des Rechenmoduls basierend auf dem ersten Referenztaktsignal.
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Dementsprechend wird gemäß einer ersten Möglichkeit das Datensignal vom Rechenmodul basierend auf dem ersten Referenztaktsignal generiert und mittels PCI Express an das Kommunikationsmodul übertragen. Das Datensignal wird dann vom Kommunikationsmodul basierend auf dem zweiten Referenztaktsignal verarbeitet.
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Gemäß einer zweiten Möglichkeit wird das Datensignal vom Kommunikationsmodul basierend auf dem zweiten Referenztaktsignal generiert und mittels PCI Express an das Rechenmodul übertragen. Das Datensignal wird dann vom Rechenmodul basierend auf dem ersten Referenztaktsignal verarbeitet.
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Hinsichtlich der Vorteile und Eigenschaften des Verfahrens zum Betreiben des Computersystems wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Computersystems verwiesen, welche ebenso für das Verfahren gelten und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird kein separates Taktsignal zwischen dem Rechenmodul und dem Kommunikationsmodul übertragen. Die Taktleitungen des Rechenmoduls und des Kommunikationsmoduls sind also vollständig voneinander getrennt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das erste Referenztaktsignal und das zweite Referenztaktsignal dieselbe Frequenz aufweisen. Unter „dieselbe Frequenz“ ist dabei zu verstehen, dass die Frequenz der Referenztaktsignale, wie auch im PCI Express Standard definiert, jeweils maximal um ±300 ppm von einer vordefinierten Taktfrequenz abweicht.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
- - 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Computersystems;
- - 2 schematisch ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Computersystems von 1;
- - 3 schematisch ein weiteres Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Computersystems von 1;
- - 4 ein Blockdiagramm eines Rechenmoduls und eines Kommunikationsmoduls des erfindungsgemäßen Computersystems von 1;
- - 5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Computersystems;
- - 6 ein weiteres Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Computersystems; und
- - 7 ein Querschnitt durch das erfindungsgemäße Computersystem von 1.
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In 1 ist schematisch ein Computersystem 10 gezeigt. Allgemein ausgedrückt handelt es sich bei dem Computersystem 10 um ein eingebettetes System, was im Englischen auch als „embedded system“ bezeichnet wird.
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Das Computersystem 10 wird beispielsweise in der Industrie, im Gewerbe, im Personenverkehr, insbesondere in Zügen, und/oder in medizinischen Anwendungen eingesetzt.
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Insbesondere erfüllt das Computersystem die EN50155, ist also zum Einsatz in Bahnfahrzeugen geeignet.
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Das Computersystem 10 hat ein Gehäuse 12, welches die elektronischen Komponenten des Computersystems 10 vollständig umgibt.
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Das Gehäuse hat eine Stirnseite 14, an dem mehrere I/O-Schnittstellen 16 sowie ein Stromanschlussstecker 18 vorgesehen sind.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel umfassen die I/O-Schnittstellen 16 unter anderem Ethernet-Schnittstellen 20, RS232-, RS422- und/oder RS485-Schnittstellen 22, eine USB-Schnittstelle 24, Antennenanschlüsse 26 sowie eine DisplayPort-Schnittstelle 28.
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Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1 gezeigte Konfiguration von I/O-Schnittstellen 16 rein beispielhaft ist. Insbesondere können die I/O-Schnittstellen 16 je nach Kundenanforderung bzw. je nach Einsatzgebiet des Computersystems 10 variieren und genau darauf zugeschnitten sein.
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Optional können an einer weiteren Seite des Gehäuses 12, insbesondere an einer Oberseite, Kühlrippen 30 angeordnet sein, welche den Wärmeaustausch zwischen dem Computersystem 10 und der Umgebung verbessern.
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2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch das Computersystem 10, wobei die einzelnen Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 in Form eines Blockdiagramms dargestellt sind.
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Das Computersystem weist ein Rechenmodul 32, ein Kommunikationsmodul 34, mehrere Drahtlosmodule 36, SIM-Module 38 sowie einen ersten Datenspeicher 40 und einen zweiten Datenspeicher 42 auf.
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Die SIM-Module 38 sind dabei jeweils wenigstens einem der Drahtlosmodule 36 zugeordnet. Die SIM-Module 38 können jeweils eine SIM-Karte aufnehmen, um das Computersystem 10 für Mobilfunk und/oder GPS eindeutig zu identifizieren.
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Das Rechenmodul 32 umfasst in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ein COM Express Modul 44 mit einem x86-Prozessor 46.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Rechenmodul 32 auch ein COM HPC Modul umfassen.
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Das Kommunikationsmodul 34 umfasst ein SMARC Modul 48 mit einem FPGA-Modul 50.
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Das FPGA-Modul 50 umfasst ein oder mehrere FPGAs, die mit den I/O-Schnittstellen 16 verbunden sind.
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Optional kann das Kommunikationsmodul 34 einen auf ARM oder x86 basierenden Prozessor 52 aufweisen, der mit weiteren USB-Schnittstellen und/oder Ethernet-Schnittstellen verbunden sein kann.
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Es können auch mehrere Prozessoren auf dem Kommunikationsmodul 34 vorgesehen sein, die jeweils auf ARM oder x86 basieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Kommunikationsmodul 34 auch ein Qseven Modul umfassen.
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In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmoduls 34 jeweils auf einem eigenen Baseboard angeordnet. Alternativ können das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmodul 34 jedoch auch auf einem gemeinsamen Baseboard angeordnet sein.
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In beiden Fällen sind jedoch das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmodul 34 wärmeleitend mit dem Gehäuse 12 verbunden, sodass überschüssige Wärme abgeführt wird. Insbesondere werden dadurch das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmodul 34 auf gleicher Temperatur gehalten.
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Das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmodul 34 sind signalübertragend miteinander verbunden, was in 2 durch die Pfeile 54 angedeutet ist.
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Das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmodul 34 sind dazu eingerichtet, basierend auf wenigstens einem ersten Kommunikationsstandard miteinander zu kommunizieren.
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Dementsprechend werde Datensignale zwischen dem Rechenmodul 32 und dem Kommunikationsmodul 34 basierend auf dem wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard übertragen. Genauer gesagt werden die Datensignale zwischen dem Rechenmodul 32 und dem FPGA-Modul 50 basierend auf dem wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard übertragen.
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Der wenigstens eine erste Kommunikationsstandard umfasst PCI Express, SPI und/oder USB.
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Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine erste Kommunikationsstandard auch weitere geeignete Standards umfassen.
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Das Kommunikationsmodul 34 ist wiederum mit den I/O-Schnittstellen 16 signalübertragend verbunden, was in 2 durch die Pfeile 56 dargestellt ist.
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Das Kommunikationsmodul 34 ist dazu eingerichtet, mit den I/O-Schnittstellen 16 basierend auf wenigstens einem zweiten Kommunikationsstandard zu kommunizieren.
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Dementsprechend werden Datensignale zwischen dem Kommunikationsmodul und den I/O-Schnittstellen 16 basierend auf dem wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard übertragen. Genauer gesagt werden die Datensignale zwischen dem FPGA-Modul 50 und den I/O-Schnittstellen 16 basierend auf dem wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard übertragen.
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Der wenigstens eine zweite Kommunikationsstandard ist dazu eingerichtet, die Kommunikation des FPGA-Moduls 50 mit den spezifischen I/O-Schnittstellen 16 des Computersystems 10 zu ermöglichen.
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Da das Computersystem 10 verschiedene I/O-Schnittstellen 16 aufweist, ist das FPGA-Modul 50 dazu eingerichtet, basierend auf dem jeweils passenden zweiten Kommunikationsstandard mit der jeweiligen I/O-Schnittstelle 16 zu kommunizieren.
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Insbesondere ermöglicht der wenigstens eine zweite Kommunikationsstandard in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Kommunikation zwischen dem FPGA-Modul 50 und den Ethernet-Schnittstellen 20, den RS232/RS422/RS485-Schnittstellen 22, den USB-Schnittstelle 24, den Antennen-Anschlüsse 26 sowie der DisplayPort-Schnittstelle 28.
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Das FPGA-Modul 50 ist also dazu eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard mit dem Rechenmodul 32 und basierend auf dem wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard mit den I/O-Schnittstellen 16 zu kommunizieren.
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Um eine Kommunikation des Rechenmodul 32 den I/O-Schnittstellen 16 zu ermöglichen, ist das FPGA-Modul 50 dazu eingerichtet, Signale vom wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard zum wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard zu konvertieren und umgekehrt.
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In 3 sind die signalübertragenden Verbindungen zwischen dem Rechenmodul 32 einerseits und den Drahtlosmodulen 36, dem ersten Datenspeicher 40 und dem zweiten Datenspeicher 42 andererseits dargestellt.
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In dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Drahtlosmodule 36 mit dem Rechenmodul 32 mittels USB und/oder PCI Express verbunden.
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Der erste Datenspeicher 40 ist mit dem Rechenmodul 32 mittels SATA und/oder PCI Express verbunden.
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Der zweite Datenspeicher 42 ist mit dem Rechenmodul 32 mittels SD Bus und/oder PCI Express verbunden.
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In 4 ist die Konfiguration der PCI Express Verbindung zwischen dem Rechenmodul 32 und dem Kommunikationsmodul 34 illustriert.
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Das Rechenmodul 32, genauer gesagt das COM Express Modul 44 ist als Host eingerichtet, während das Kommunikationsmoduls 34, genauer gesagt das SMARC Modul als Client eingerichtet ist. Anders ausgedrückt kann das Rechenmodul 32 das Kommunikationsmodul 34 steuern.
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Gleiches gilt auch, wenn das Rechenmodul 32 ein COM HPC Modul umfasst und/oder falls das Kommunikationsmodul 34 ein Qseven Modul umfasst.
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Um diese Konfiguration, also COM Express Modul 44 als Host und SMARC Modul 48 als Client, zu ermöglichen, ist die PCI Express Verbindung wie im Folgenden beschrieben konfiguriert.
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Das Rechenmodul 32 weist einen ersten Referenzoszillator 58 auf, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Referenztaktsignal 60 für das Rechenmodul 32, genauer gesagt für den x86 Prozessor 46 zu generieren.
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Das Kommunikationsmodul 34 weist einen zweiten Referenzoszillator 62 auf, der dazu ausgebildet ist, ein zweites Referenztaktsignal 64 für das Kommunikationsmodul 34, genauer gesagt für das FPGA-Modul 50 zu generieren.
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Das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmoduls 34 weisen also voneinander getrennte Taktsignalpfade auf. Dementsprechend wird, zumindest für die PCI Express Verbindung, kein separates Taktsignal zwischen dem Rechenmodul 32 und dem Kommunikationsmodul 34 übertragen.
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Die Frequenzen des ersten Referenztaktsignals 60 und des zweiten Referenztaktsignals 64 sind dabei gleich. Unter „gleich“ ist dabei zu verstehen, dass die Frequenz der Referenztaktsignale 60, 64 jeweils maximal um ±300 ppm von einer vordefinierten Taktfrequenz abweicht, wie auch im PCI Express Standard definiert ist.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel ist die Frequenz des ersten Referenzoszillator 58 und des zweiten Referenzoszillator 62 jeweils gleich 100 MHz.
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Das Computersystem 10 ist dazu ausgebildet, das im Folgenden anhand der 5 beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Zunächst empfängt das Rechenmodul 32 ein Datensignal von wenigstens einem der Drahtlosmodule 36, vom ersten Datenspeicher 40 und/oder vom zweiten Datenspeicher 42 (Schritt S1).
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Das Datensignal wird vom x86 Prozessor 46 basierend auf dem ersten Referenztaktsignal 60 verarbeitet, wodurch ein verarbeitetes Datensignal generiert wird (Schritt S2).
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Das verarbeitete Datensignal wird dann basierend auf dem wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard an das Kommunikationsmodul 34, genauer gesagt an das FPGA-Modul 50 übertragen (Schritt S3).
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Wie oben bereits erläutert wird kein separates Taktsignal zwischen dem Rechenmodul 32 und dem Kommunikationsmodul 34 übertragen. Daher führt das Kommunikationsmodul 34, genauer gesagt das FPGA-Modul 50 eine Taktrückgewinnung durch, um das Datensignal weiter zu verarbeiten (Schritt S4).
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Bei der Taktrückgewinnung wird basierend auf dem Datensignal der Takt, also die Symbolrate des Datensignals ermittelt. Die Symbolrate kann dabei durchaus verschieden von der Frequenz des ersten Referenztaktsignals 60 und/oder von der Frequenz des zweiten Referenztaktsignals 64 sein.
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Das FPGA-Modul 50 konvertiert das erhaltene Datensignal basierend auf dem zweiten Referenztaktsignal 64 vom wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard zum wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard, wodurch ein konvertiertes Datensignal generiert wird (Schritt S5).
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Genauer gesagt konvertiert das FPGA-Modul 50 das erhaltene Datensignal zu demjenigen zweiten Kommunikationsstandard, der mit derjenigen I/O-Schnittstelle 16 verknüpft ist, zu der das Datensignal übertragen werden soll.
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Das konvertierte Datensignal wird dann an diejenige der I/O-Schnittstellen 16 übertragen, für die das Datensignal bestimmt ist (Schritt S6). Diese Information kann beispielsweise Teil des Datensignals sein.
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Über die I/O-Schnittstellen 16 kann das Datensignal dann an weitere, externe Geräte übertragen werden.
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Das oben beschriebene Verfahren entspricht einem Signalpfad, der von den Drahtlosmodulen 36, dem ersten Datenspeicher 40 und/oder dem zweiten Datenspeicher 42 über das Rechenmodul 32 und das Kommunikationsmodul 34 hin zu den I/O-Schnittstellen 16 führt.
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Natürlich kann das Computersystem 10 jedoch auch Signale über die I/O-Schnittstellen 16 empfangen und verarbeiten, was im Folgenden anhand der 6 beschrieben wird.
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Zunächst wird mittels der I/O-Schnittstellen 16 ein Datensignal empfangen und basierend auf dem wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard an das Kommunikationsmodul 34 weitergeleitet, genauer gesagt an das FPGA-Modul 50 (Schritt R1).
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Das FPGA-Modul 50 konvertiert das erhaltene Datensignal basierend auf dem zweiten Referenztaktsignal 64 vom wenigstens einen zweiten Kommunikationsstandard zum wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard, wodurch ein konvertiertes Datensignal erzeugt wird (Schritt R2).
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Das konvertierte Datensignal wird basierend auf den wenigstens einen ersten Kommunikationsstandard an das Rechenmodul 32 übertragen (Schritt R3).
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Wie oben bereits erläutert wird kein separates Taktsignal zwischen dem Kommunikationsmodul 34 und dem Rechenmodul 32 übertragen. Daher führt das Rechenmodul 32, insbesondere der x86 Prozessor 46 eine Taktrückgewinnung durch, um das konvertierte Datensignal weiter zu verarbeiten (Schritt R4).
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Das konvertierte Datensignal wird dann basierend auf dem ersten Referenztaktsignal 60 vom Rechenmodul 32, genauer gesagt vom x86 Prozessor verarbeitet, wodurch ein verarbeitetes Datensignal generiert wird (Schritt R5).
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Das verarbeitete Datensignal wird dann an wenigstens eines der Drahtlosmodule 36, an den ersten Datenspeicher 40 und/oder an den zweiten Datenspeicher 42 übertragen (Schritt R6).
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Das verarbeitete Datensignal kann dementsprechend mittels der Drahtlosmodule 36 an externe Geräte übertragen werden und/oder auf dem ersten Datenspeicher 40 und/oder dem zweiten Datenspeicher 42 gespeichert werden.
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Das Rechenmodul 32 des Computersystems 10 also dafür zuständig, Daten zu verarbeiten, weshalb auf dem Rechenmodul 32 der x86 Prozessor 46 vorgesehen ist.
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Das Kommunikationsmodul 34 dient mit dem FPGA-Modul 50 als variable Schnittstelle, welche Datensignale derart konvertiert, dass das Rechenmodul 32 mit jeder der I/O-Schnittstellen 16 kommunizieren kann.
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Dementsprechend lässt sich das Computersystem 10 auch nachträglich noch leicht auf- bzw. umrüsten. So kann das Rechenmodul 32 ohne großen Aufwand mit leistungsstärkerer Hardware versehen werden. Auch können nachträglich neue I/O-Schnittstellen hinzugefügt werden oder die I/O-Schnittstellen 16 ausgetauscht werden. Das FPGA-Modul 50 muss in diesem Fall einfach neu programmiert werden, um es an die neue Schnittstellenkonfiguration anzupassen.
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Das oben beschriebene Computersystem 10 ist also sehr flexible um- bzw. nachrüstbar. Um diese Flexibilität noch erhöhen, kann das Gehäuse 12 wie in 7 gezeigt erweiterbar sein.
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Im linken oberen Teil der 7 ist das oben beschriebene Computersystem 10 in einem Querschnitt gezeigt. Das Gehäuse 12 weist an einer den Kühlrippen 30 gegenüberliegenden Seite einen Deckel 66 auf, der zerstörungsfrei lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist, insbesondere verschraubt.
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Um das Gehäuse 12 zu erweitern, kann der Deckel 66 abgenommen und ein Erweiterungsmodul 68 auf das Gehäuse 12 aufgesetzt werden.
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Das Erweiterungsmodul 68 kann prinzipiell eine beliebige Höhe aufweisen. Beispielsweise hat das Erweiterungsmodul 68 zwischen 25 und 75 Prozent der Höhe des Gehäuses 12, insbesondere 50 Prozent der Höhe des Gehäuses 12.
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Das Erweiterungsmodul wird 68 wird mittels geeigneter Befestigungsmittel mit dem Gehäuse 12 verbunden, insbesondere mittels Schrauben 70 und/oder Fixierstiften 72.
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Der Deckel 66 wird dann auf das Erweiterungsmodul 68 aufgesetzt und mit diesem verbunden, insbesondere verschraubt.
