Umstieg auf Multi-Core-Technologie

Lassen sich Embedded Plattformen direkt in Applikationen einsetzen, benötigen Anwender weniger Wissen in der Embedded Hardware-Entwicklung, sondern können sich auf ihr Kerngeschäft konzentrieren. Anwender dieser Systeme profitieren zudem von verkürzten Entwicklungszeiten, reduzierten Cost-of-Ownership und Applikationen mit aktueller, zuverlässiger Embedded-Technologie. Der Anbieter entsprechender Systeme Kontron hat nun mithilfe von Windriver seine Lösungen auf Multi-Core-Technologie portiert.
Kontron bietet eine umfangreiche Produktlinie an Advanced Telecom Computing Architecture (ATCA) und Advanced Mezzanine Cards (AMC) an. Das Unternehmen hat verschiedene ATCA Prozessorboards, ATCA Hub Boards und AMC Carrier Boards sowie mehrere AMC-Module für die Märkte ATCA und MicroTCA im Programm. Eine Herausforderung des Hardware-Herstellers bei der Umstellung seiner Systeme auf Multi-Core-Technologie bestand in der Entwicklung eines zu den Spezifikationen der PICMG konformen ATCA Switching-Blade-Level Designs mit Unterstützung für 1GbE, 10GbE und 40GbE. Gemäß PICMG-Standard verlangte die Datentransport-Implementierung in der ATCA Spezifikation die Trennung von Steuerungssignalen und Daten. Begründet liegt dies darin, dass die Control-Plane- und Data-Plane-Konnektivität in einer Plattform unabhängig voneinander sein müssen, um die höchste Verfügbarkeit der Plattform zu gewährleisten. Bisher kam in Kontron ATCA Switch Blades ein Single-Core 32-bit PowerPC RISC-Prozessor zum Einsatz, der für zwei unabhängige Switches für Control-Plane Switching (Base Interface) und Dataplane-Switching (Fabric Interface) zuständig war. Dies erforderte für jede Switch Fabric einen separaten Switch-Management Controller. Ein zweites Konzept bestand darin, zur Administration von Control-Plane- und Dataplane-Switching zwei Single-Core-Prozessoren einzusetzen. „Das Problem bei diesen Konzepten ist, dass sie die Bauteilekosten für die zusätzliche Switch-Fabric-Prozessor- und Memory-Infrastruktur erhöhen,“ sagt Benoit Robert, Executive Director Product Management bei Kontron. „Außerdem erhöhten diese Konzepte den Energieverbrauch für den ATCA Switch Blade und begrenzten unsere Flexibilität bei der Implementierung weiterer Funktionen für Systemmanagement und Load-Balancing mit AMCs.“ Eine weitere große Herausforderung für Kontron war es, die Wiederverwendbarkeit seiner Legacy Single-Core Softwareapplikationen auf der neuen Zweikern-Plattform so zu maximieren, dass sich kostspielige Wiederholungstests und eine erneute Qualifizierung der Software im Rahmen hielten.

Interfaces simultan und unterbrechungsfrei administrieren

Um die Herausforderungen des neuen ATCA Switch Designs hinsichtlich Leistungsfähigkeit zu erfüllen und schnell auf den Markt zu kommen, wählte Kontron für seinen Switch-Management-Controller den Dual-Core-Prozessor P2020 von Freescale. „Wir haben uns für die Freescale Multi-Core Prozessorarchitektur entschieden, um die Basis- und Fabric-Interface-Switches simultan und unterbrechungsfrei administrieren zu können,“ sagt Robert. „Dies verbessert das Management der Switching-Infrastruktur beim Einsatz im Feld und erhöht zugleich die Verfolgbarkeit von Konfigurationsdaten auf Basis- und Fabric-Schnittstellen.“ Kontron wusste, dass sich durch den Einsatz eines Mehrkernprozessors die Leistungsfähigkeit erhöhen würde. Auch war dem Unternehmen bewusst, dass die Fähigkeit zur Konsolidierung bislang separater Workloads (Control und Dataplane) einen leistungsstarken Embedded Hypervisor verlangte. Ferner brauchte Kontron die Möglichkeit, qualifizierte Software ohne Modifikation und erneute Tests wiederverwenden zu können. Diese Anforderungen führten den Hardware-Hersteller zu Wind River Hypervisor als Teil einer Komplettlösung. Sie umfasst Wind River Linux, den kompletten Wind River Workbench-basierten Toolchain, Unterstützung von einem erfahrenen Professional Services Ingenieur und eine globale Support-Organisation. „Unser ATCA Switch-Management Controller der bisherigen Generation und seine Switch-Management Software war auf Wind River Linux optimiert. Auch nutzten wir Wind River Linux für unser neues Design,“ sagt Robert. „Wind River Hypervisor war eine logische Erweiterung der Wind River Lösung.“

Kurze Entwicklungszeiten und geringe Hardware-Kosten

Mit Wind River Hypervisor konnte Kontron ohne erneute Qualifizierung der Software seine bereits vorhandenen Applikationen auf einen Mehrkernprozessor konsolidieren. Als Resultat ergaben sich eine kürzere Time-to-Market sowie niedrigere Hardwarekosten und ein geringerer Energieverbrauch. „Wind River Hypervisor vereinfachte die Integration unserer Applikationen und Betriebssysteme mit der neuen Multi-Core Hardware von Freescale,“ ergänzt Robert. „Wir adressierten unsere Interoperability- und Migrationsprobleme in kürzerer Zeit sowie mit geringeren Risiken und Aufwand als wir es mit einer alternativen Lösung – also nicht-virtualisiert – hätten tun können.“ Durch den Einsatz von Wind River Hypervisor – im Gegensatz zur Entwicklung einer eigenen Lösung oder der Nutzung alternativer Lösungen – konnte Kontron auf die erneute Entwicklung von Protokollstacks, die bereits im Einsatz sind, verzichten. Risiken, die sich bei der Integration verschiedener Lösungen unterschiedlicher Hersteller ergeben, ließen sich damit ausschalten. „Mit Wind River konnten wir die Innovationsvorteile durch den Einsatz eines neuen Multicore-Prozessors sehr schnell nutzen, ohne Zeit und Kosten zum Retesting und der erneuten Qualifizierung von Anwendungen zu verschwenden,“ sagt Robert. „Es ist uns gelungen, die Komplexität der Hardware zu senken und Platz auf der Leiterplatte zu sparen. Daraus ergaben sich signifikante Einsparungen bei BOM und Platzbedarf auf dem Board sowie eine bis zu 20 Prozent verkürzte Softwareentwicklungszeit gegenüber alternativen Lösungen.“ Durch die Vereinfachung seiner Systemarchitektur mithilfe der Lösung von Wind River kann Kontron Anwendern eine bereits geprüfte Lösung anbieten, die Entwicklungszyklen verkürzt und zusätzliche Werte und Leistungsfähigkeit schafft. Der Hardware-Anbieter stellt Anwendern eine Möglichkeit zur Migration von Legacy-Architekturen auf aktuelle Prozessortechnologie zur Verfügung, ohne während der Entwicklung lange Portierungen oder Validierungen durchführen zu müssen. „Die Skalierung von Applikationen über Produktlinien mit unterschiedlichen Kombinationen von Betriebssystemen und Prozessorarchitekturen kann eine große Herausforderung darstellen,“ erklärt Robert. „Die Tatsache, dass Wind River eine breite Auswahl an Prozessorarchitekturen unterstützt, ermöglicht die Wiederverwendung von Software und die Realisierung skalierbarerer Produktlinien.“