Řídicí jednotka – EPC 4.0C

Řídicí jednotka EPC 4.0C – revoluce v palubních počítačích

Ukončili jsme vývoj nejnovějšího typu řídicí jednotky palubního počítače EPIS – typ EPC 4.0C, který je určen pro nové řešení vozidel. Oproti předchozím typům EPIS 4.0A  a EPIS 4.0B je až 10x výkonnější a oproti prvnímu typu EPIS 4.0 dokonce až 100x výkonnější. Je založen na nových typech procesorů od firmy Intel.

Obsah stránky:

Jedná se o řídicí jednotku do vozidel, která umožňuje postupný rozvoj vozidlových systémů minimálně dalších 10 let a to včetně videoslužeb a zpracování obrazů z kamer!!!

Základní inovace oproti předchozím řešením

Základní výhody řešení jednotek EPC 4.0C:

  • stálá koncepce řešení – bez změny napojení na vozidle může nahradit EPC 4.0C i původní jednotku EPC  4.0 z roku 2009 a to dokonce se stejnou aplikací na počítači. Zapojení konektorů přívodních vodičů je stále shodné a vnitřně stabilní a to včetně připojení dotykového LCD terminálu řidiče EPT 4.xx (pouze se přemontuje držák počítače a to se stejnými otvory pro jeho uchycení).
  • shodné rozměry jako předchozí typy EPC 4.0A a EPC 4.0B – v tomto případě stačí pouze zaměnit.
  • standardní řešení palubního počítače bez ventilátorů a bez nutnosti okolního proudícího vzduchu (jsou počítače, které vyžadují vnější ventilátory pro ochlazování krytu). Jsou průmyslové počítače, které okolní proudění vyžadují zejména v uzavřených prostorách.
  • možnost použít i 4 jádrové procesory s  až 10 násobným výkonem oproti stávajícím typům EPC 4.0A a EPC 4.0B, rychlé paměti RAM až 4 GB – typ DDR3. Tento výkon je nutný pro řešení rychlých datových přenosů (přenos požadovaných logů simulujících tachografy, zpracování videa, …)
  • dostatečný výkon pro zpracování více jak 10 kamerových toků včetně šifrování – umožňuje i videohovory na dispečink včetně zabezpečených záznamů z kamer. Palubní počítač tak může ve vybraných řešeních nahrazovat kamerový systém včetně splnění požadavků UOOU (Úřad na ochranu osobních údajů).
  • možnost připojení kamer pro couvání či pro natrolejování. Aby bylo možno zpracovávat obraz v reálném čase (zpoždění obrazu 100-200 ms), vyžaduje zpracování datových toků až 25 MBit/s, což výrazně zatěžuje vozidlové datové sítě ethernet 100 Mbit/s.
  • možnost použít interní SSD disk či MLC čipy bez nutnosti použití výrazně pomalejších SD karet (mají rychlost do 250 Mbit/s). SSD disky jsou spolehlivější řešení a mohou mít komunikační rychlostí až 3 Gbit/s  (dáno palubním počítačem), přičemž  dnešní rychlost je okolo 600 Mbit/s (téměř 3x rychlejší). Toto řešení výrazně zkracuje rychlost náběhu palubního počítače na 35 sekund při zachování plného operačního systému. To má posléze výhodu v použití různých SW v palubním počítači bez nutnosti měnit operační systém.
  • nová moderní rozhraní: - 1GB ethernet  a USB dle normy 3.0 (umožní rychlé  nouzové vyčítání dat z palubního počítače) – opětovně jsou určeny pro rychlé přesuny dat.
  • jednotné rozhraní pro různé typy radiostanic – analogové, digitální a TETRA a to včetně měniče 24V/12V. Nově je tak možno k palubnímu počítači připojit běžně používané radiostanice v ČR a to včetně rozhraní na radiostanice TETRA.
  • úplná příprava pro odbavení u řidiče – nové rozhraní pro pasivní validátor EPP 5.0 – tj. na jednotku pro přímé odbavení u řidiče spojené s prodejem lístků (obsahuje tiskárnu), čtečkou bankovních a nebankovních karet, čtečkou QR kódů. Palubní počítač poté v sobě obsahuje databázi transakcí prodeje lístků.
  • 2x videovýstup do rozlišení až 2560 x 1600 s výkonnou Intel grafikou GEN 7.
  • integrovaná jednotky – vícenásobné využití: obsahuje inteligentní jednotku napájení, digitální hlásič, povelový přijímač, GPS, modem pro budící frekvence, radiokomunikační adapter a další předchozí vlastnosti známých typů palubních počítačů.

Proč nový typ EPC 4.0C – rychlost sběrnic

Nový palubní počítač EPIS 4.0C je již orientován na rychlé komunikace 1 GBit/s (tuto rychlost obsahuje jeden výstup ethernetu, druhý má standardně 100 Mbit/s). Důvody jsou jednoduché – nově se vyžaduje ve vozovnách wifi dle standardu IEEE 802.11 ac, který umožňuje komunikační rychlosti 1 Gbit/s a příp. i vyšší přes radiové rozhraní. Pokud tedy má wifi komunikace pracovat smysluplně a využít těchto rychlostí, je třeba mít ve vozidle vhodné prostředky,  které budou schopny tento datový tok přenášet i po vozidle, což ve dřívější komunikaci nebylo možné – tj. ethernet 1 Gbit/s.

Dalším důvodem je použití kamer, které je nyní možno zobrazovat na LCD terminálu řidiče. Pokud kamerové záběry mají být kvalitní a mají se zobrazovat u řidiče se zpožděním 100-200 ms, pak se musí přenášet i datové toky i 25 Mbit/s. Zde je třeba si uvědomit, že ethernet o rychlosti 100 Mbit/s dosahuje reálně 30% efektivní komunikační rychlosti  (tj. je okolo 30 Mbit/s !!!) a na 100 Mbit/s ethernetu může způsobit přetížení sběrnice a ztráty komunikace.

Totéž platí i pro použití LTE, které je schopno poskytovat datové toky i 40 Mbit/s,  např. naše UCU 4.0 a UCU 5.0 jsou tohoto schopny . I v tomto případě by mohlo vznikat přetížení ethernetové sběrnice. Toto je však eliminováno uspořádáním jednotek pro WiFi. Takto bychom mohli najít i další důvody, proč má být sběrnice řešena na vyšších rychlostech.

Obr. č. 1: Důvody použití rychlé komunikační sběrnice 1 Gbit/s.

Je třeba si uvědomit, že dle zadání ve výběrových řízeních, bude vznikat v budoucnosti ve vozidlech velké množství dat, které budou shromažďovány na SSD discích . Pokud má být efektivní přenos dat z vozidla, který nebude omezovat např. ruční obsluhu při aktualizaci a vyčítání dat, je třeba mít k dispozici USB 3.x tak, aby vyčítání dat bylo na úrovni několika Gbit/s.

Integrace odbavení do palubního počítače

Nový typ palubního počítače v sobě pokračuje v integraci nového typu jednotky odbavení. Umožňuje tak napojit přes sběrnici ethernet samostatné validátory typu EVK 5.x. Novou integrací je i přímá možnost ovládání pasivní odbavovací jednotky EPP 5.0, pro kterou má palubní počítač nově integrováno řídicí rozhraní.

Databázi transakcí ve vozidle včetně on-line komunikace s backoffice již integrovánu máme jak pro vozidla MHD, tak i pro vozidla VLD.

Nový koncept EPC 4.0C výrazně zjednodušuje zapojení vozidla z hlediska odbavení. Zde je vhodné optimalizovat velikost ovládacího LCD displeje řidiče podle množství tarifů – možná je i velikost 8″ (malé množství) a 10,1″ (plné odbavení). Příklad zapojení vozidla je na následujícím obrázku.

Obr. č. 2: Ukázka uspořádání odbavení při použití EPIS 4.0C.

Proč architektura PC

V dnešní době probíhá soutěž v oblasti procesorů pro výkonné výpočty a to mezi architekturou PC – x86 a architekturou ARM (Advanced RISC Machines). Z pohledu použití procesorů pro výkonné použití je neustále v popředí architektura x86 a několik dalších let pravděpodobně zůstane.  Nevyžaduje pomocné překladače (crosscompiler), je možno na nich spustit shodné aplikace jako na stolních počítačích, doba použití i 10 let a více.

Naproti tomu procesory ARM se  nyní nacházejí téměř v každém smartphonu a tabletu.  Přenosná zařízení jsou tak univerzální miniaturní počítače, které mají pro ně psané aplikace a přebírají stále více úkolů z běžných počítačů, přičemž doba života se počítá na roky oproti x86 architektuře (pak je zastaralý jak procesor, tak i operační systém). ARM procesory nejsou určeny k dosažení co nejvyššího výpočetního výkonu, který lze měřit a vyjadřovat pomocí FLOPS (operace s pohyblivou čárkou za sekundu). Místo toho důležitou roli hrají parametry jako je efektivní konstrukce procesoru, nízká spotřeba energie, která zajišťuje co nejdelší bateriový provoz, minimální tepelný výkon (s cílem udržet nízkou provozní teplotu), jakož i nízké výrobní náklady a licenční poplatky (viz. níže).

Procesory Intel  založené na platformě x86  jsou typu Compact Instruction Scheduling Computing (CISC), tj. optimalizovaných instrukcí z hlediska rychlosti provedení instrukce, přičemž tato může mít více strojových cyklů. Naproti tomu každý z příkazů RISC (Reduced Instruction Set Computing) vyžaduje pouze jeden strojový cyklus. Minimalistická sada instrukcí umožňuje navrhnout RISC procesory s relativně jednoduchou strukturou a méně tranzistory. Omezení počtu tranzistorů znamená nižší spotřebu energie v procesoru. Sada příkazů procesoru ARM však interně vkládá každou instrukci do podmínkové smyčky If-Else, aby se zabránilo skoku v rámci kódu a tím dochází k jeho zpomalení. Filosofie ARM tvoří samostatný softwarový model v mnoha variantách, takže aplikace a operační systémy musí být kompilovány speciálně pro tuto architekturu a variantu typu ARM. Nevýhodou omezené řady příkazů RISC je, že operace, jako jsou výpočty a dělení s pohyblivou částí, nemohou být prováděny v jednom cyklu hodin, ale vyžadují alespoň několik.

Poznámka: Počítače typu ARM je softwarový model poskytovaný formou licence (za poplatek) jednotlivým výrobcům procesorů , kteří si k tomuto modelu přidávají své periferie. Původcem a tvůrcem příslušné architektury je britská společnost ARM Limited, dříve známá jako Acorn. Ačkoli model ARM  začal být masově používán  hlavně v posledních letech, samotná architektura je stará již 30 let.