Компьютерный континуум Intel, процессор Atom

1.1. Введение

Основу курса составили лекции, прочитанные авторами летом и осенью 2012 года для слушателей Летней и Осенней школы Лаборатория СПРИНТ (Системного ПРограммирования и ИНформационных Технологий) СПбГУ, созданной и финансируемой при поддержке корпорации Интел.

Главная цель курса - дать общее представление о процессе разработки приложений для встроенных систем на платформе Intel Atom. Настоящий курс следует рассматривать в качестве продолжения общего вводного курса "Введение в разработку мобильных приложений на платформе Atom", разработанного ранее О.Н. Граничиным, В.И. Кияевым, А.В. Корявко, С.А. Леви, К.С. Амелиным, Е.И. Антал и В.И. Васильевым.

Курс состоит из шести лекций и шести лабораторных работ.

Авторы благодарят сотрудников корпорации Интел Алексея Владимировича Николаева и Игоря Олеговича Одинцова за инициативу по разработке и созданию курса, за активное участие в разработке программы курса.

При подготовке пособия были использованы материалы, размещенные на сайтах: http://www.intel.com, http://www.android.com и др.

Ссылки на программные продукты различных фирм не используются в рекламных целях и носят исключительно иллюстративный или справочный характер.

Курс разработан при финансовой поддержке Лаборатории СПРИНТ СПбГУ.

Презентацию к лекции Вы можете скачать здесь.

1.2. Компьютерный континуум Intel и процессор Intel-Atom

Основные тенденции полупроводниковой индустрии:

• Закон Мура продолжает действовать.
• Растет стоимость разработки новых технологий и материалов, а также затрат на содержание фабрик.
• Производительность процессоров (систем) также растет; ожидается скачок при переходе на 450 мм пластины.

В 2011 году планируется запуск в Израиле новой фабрики по производству микросхем по технологии 22 нм. Одним из "неожиданных" следствий Закона Мура для развития бизнеса корпорации Интел стал тот факт, что в ближайшее время при очередной смене технологической платформы возможности новых фабрик достигнут такого уровня, что в кратчайшие сроки будет возможно модернизировать все существующие места традиционного использования компьютеров, активно выйти на рынок планшетников, смартфонов и даже встроенных систем. Сохранение при этом универсальной x86 архитектуры и системы команд в значительной степени служит явным конкурентным преимуществом.

Все это приводит к изменению роли и места на рынке корпорации Интел. К традиционным процессорам для серверов и персональных компьютеров и ноутбуков добавляются нетбуки, смартфоны, различные персональные устройства, мобильные Интернет-устройства, "умное" телевидение, бытовая электроника с подключением к Интернет (например, IPTV), встраиваемые системы и т.п. При этом в перспективе нивелируются аппаратные отличия. Так, например, уже сейчас для серверов готовятся решения на основе новых многоядерных процессоров Intel-Atom. Сейчас уже многие говорят о возможности создания своеобразного компьютерного континуума Интел (см. рис.1.1), включающего наряду с новыми аппаратными платформами и операционные системы, специализированные программы поддержки разработчиков, средства хранения, доступа и реализации разработанных компьютерным сообществом приложений.

Рис. 1.1. Компьютерный континуум Intel®

Осенью 2010 года корпорация Intel объявила о выпуске семейства "систем-на-чипе" Intel® Atom™ E600 (кодовое наименование Tunnel Creek) для встраиваемых систем и о предстоящем появлении Intel® Atom™ CE4200 (кодовое наименование Groveland) - семейство "систем-на-чипе" III поколения, базирующееся на архитектуре Intel, предназначеных для использования в "умном" телевидении, в системах, объединяющих стандартное телевещание с Интернетом, библиотекой контента и мощными функциями поиска. В состав решений входят интегрированные ядро Intel Atom™ с частотой 1,2 ГГц и кэш-память второго уровня объемом 512 КБ. Оно предлагает широкие возможности для разработки интерактивных, открытых и персонализированных приложений для запуска на экране телевизора. На базе Intel® Atom™ CE4200 уже разработано решение для потребительской электроники. Эта "Система-на-чипе" осуществляет многопоточное декодирование и обработку HD-видео, поддерживает 3D, MPEG2, MPEG4-2 и VC-11. Решение оснащено интегрированным декодером HD-видео (H.264), позволяет осуществлять видеозвонки, потоковую передачу материалов на другие устройства, в том числе портативную электронику. Благодаря поддержке различных режимов питания новые решения помогают снизить энергопотребление и создавать устройства, удовлетворяющие промышленным стандартам по энергопотреблению. Планы по созданию цифровых приставок нового поколения на базе компонентов Intel озвучили ADB*, Sagemcom,* Samsung* и Technicolor*.

Рис. 1.2.

В ближайшее время будет выпушена новая платформа - Medfield (Penwell SoC and Avantele Passage MSIC) - разрабатываемая по технологии 32 нм с существенным уменьшением общих размеров и потребляемой мощности, с размером высокоинтергированной SoC: 144 кв мм, увеличением до 4X graphics performance.

1.3. Разработка приложений на платформе Intel Atom

Что общего в разработке приложений для разных мобильных устройств, на что надо особо обратить внимание? Это - ограничения по производительности и энергопотреблению, беспроводное взаимодействие, малые размеры и формы.

С какой основной проблемой сталкиваются сегодня разработчики и пользователи? Все устройства на рис.1.3 объединяются тем, что внутри у них стоит процессор Intel® Atom™. У процессоров Intel за последние несколько десятков лет система команд менялась эволюционно, есть преемственность кодов, поколений разработчиков. Но процессоры Intel® Atom™ в каждом из этих устройств используются по-разному, в каждом из устройств он установлен на своей плате, в оригинальном окружении, работает с разными операционными системами. И если вы разрабатываете какое-нибудь свое приложение, например, игру типа Тетрис, то, сделав ее для одного, например, телефона, трудно ее перенести на другое мобильное устройство. Даже при кросс-платформенной среде разработки возможны трудности, связанные с тем, что не все инструкции могут отрабатываться с одинаковым результатом.

Рис. 1.3. Продающиеся сегодня платформы с процессором Intel® Atom™

Инициативы внутри рынка мобильных устройств для производителей были чрезвычайно важны в последнее время в связи с бурным ростом этого сегмента рынка. Но на этом рынке долгое время царила фрагментарность. Каждая крупная корпорация стремилась создать свою собственную операционную систему, разрабатывает свои приложения и живет вместе с несколькими своими союзниками на этом узком рынке, на который очень трудно попасть новым игрокам, разработчикам. Например, если вы студент, аспирант или даже школьник придумали свою хорошую идею, то для ее быстрой реализации очень трудно было "перескочить" через эти установленные барьеры, защищенные патентами, закрытостью кода операционных систем. Если система коммерческая со строгой лицензионной политикой, то, как правило, нельзя деассемблировать ее код, свободно переписывать функции и т. п. Для того, чтобы вставить что-то свое "в середину" чужой системы вам нужно иметь штат хорошо подготовленных юристов, способных подготовить все необходимые соглашения с правообладателями и , конечно, заплатить много денег. Все это, как правило, не реально для молодых и начинающих. Вы с трудом могли пробиться с новой идеей на этот "узкий" рынок.

В последнее время все большую популярность зарабатывает операционная система Android. При подготовке практических пример в дальнейшем мы будем ей уделять основное внимание.

1.4. ОС Android

Android - операционная система для коммуникаторов, планшетных компьютеров, нетбуков и других небольших устройств, основанная на ядре Linux 2.6. Истоки возникновения операционной системы Android уходит корнями в 2002 год. В это время создатели корпорации Google заинтересовались набором программных разработок Э. Рубина. Первоначально проектом создания новой ОС Android для мобильных устройств занималась компания Android Inc., которую Google приобрела в июле 2005 года.

Рис. 1.4.

В ноябре 2007 года состоялся долгожданный анонс системы Android. В том же году был создан альянс Open Handset Alliance, объединяющий ведущих производителей мобильных телефонов и разработчиков программных компонентов. Вошедшие в альянс компании получили доступ к исходному коду ОС Android. В 2008 году на рынке появилось первое устройство под управлением ОС Android - смартфон HTC Dream. В 2011 Google купила мобильное подразделение компании Motorola, закрепив позиции своей ОС на рынке.

Традиционно версия ОС Android, кроме номера, имеет название - английское наименование какого-либо десерта, начинающееся с очередной буквы алфавита. Рассмотрим наиболее важные этапы на пути развития Android:

• 2.0 (Eclair) - новый браузер с расширенным интерфейсом, поддерживающим HTML5.0 и W3C Geolocation API. Также расширяет API камеры для работы с зумом, вспышкой, цветовыми эффектами.
• 2.1 (Eclair) - поддержка голосового контроля ОС. Улучшена работа почты и телефонной книги.
• 2.3 (Gingerbread) - переработанный пользовательский интерфейс, добавлена программная клавиатура, функция копирования и вставки через буфер обмена, а также поддержка соединения между устройствами.
• 3.2 (Honeycomb) - оптимизация для широкого диапазона размеров экрана, в первую очередь для планшетов, новый "зум-заполнитель" экрана, возможность загрузить мультимедийные файлы непосредственно с карты памяти SD, а также расширенная поддержка API экрана.