Intel Quark SoC X1021D

Intel Quark SoC X1021D to wariant modelu X1021 z dodatkowymi modyfikacjami specyfikacji w tej samej rodzinie układów.

Intel Quark SoC X1021D jako układ systemowy

Intel Quark SoC X1021D jest 32-bitowym, jednordzeniowym i jednowątkowym układem typu SoC przeznaczonym do zastosowań wbudowanych. SoC, czyli system-on-chip, łączy w jednym układzie rdzeń procesora oraz kontrolery pamięci i interfejsy wejścia-wyjścia potrzebne do budowy niewielkiego urządzenia elektronicznego. Model X1021D należy do rodziny Intel Quark SoC X1000, znanej także pod nazwą kodową Clanton. Jego bazowa częstotliwość pracy wynosi 400 MHz, a pamięć podręczna ma pojemność 16 KB.

Litografia układu ma 32 nm, a deklarowany współczynnik TDP wynosi 2,2 W. Niska moc cieplna była istotna w projektach, w których wymagano małej obudowy, ograniczonego zużycia energii i pracy bez aktywnego chłodzenia. X1021D nie jest typowym procesorem do modernizacji laptopa lub komputera stacjonarnego. Jest elementem lutowanym do projektowanej płyty głównej, dlatego jego wymiana wymaga odpowiedniej dokumentacji, wyposażenia do pracy z obudowami BGA oraz zgodności z konkretną konstrukcją urządzenia.

Pamięć, adresowanie i zgodność instrukcji

Intel podaje dla X1021D obsługę pamięci DDR3 800, jednego kanału pamięci oraz maksymalnie 2 GB pamięci zależnie od zastosowanego typu i konfiguracji platformy. Maksymalna deklarowana przepustowość pamięci wynosi 1,6 GB/s. Układ obsługuje również pamięć ECC, czyli mechanizm wykrywania i korygowania wybranych błędów pojedynczych bitów. ECC może zwiększać odporność systemu w urządzeniach pracujących długo lub w warunkach, w których stabilność pamięci ma znaczenie.

Przestrzeń adresowa procesora jest 32-bitowa, a zestaw instrukcji jest zgodny z 32-bitową architekturą Intel Pentium ISA. Taka zgodność ułatwia przenoszenie części oprogramowania x86 na platformę Quark, ale nie oznacza automatycznej zgodności z każdym systemem operacyjnym ani z każdym sterownikiem przeznaczonym dla współczesnych procesorów Intel. Podczas oceny urządzenia z tym układem trzeba uwzględnić firmware płyty, sposób inicjalizacji pamięci, układ peryferiów oraz wersję systemu używaną przez producenta urządzenia.

Interfejsy zintegrowane w X1021D

X1021D udostępnia trzy porty USB 2.0, dwa interfejsy LAN, dwa interfejsy UART oraz 16 linii GPIO, czyli programowalnych wejść i wyjść ogólnego przeznaczenia. Zintegrowano także obsługę PCI Express 2.0. Intel wymienia konfigurację x1 oraz maksymalnie dwie linie PCI Express, co pozwala projektować urządzenia z dodatkowym kontrolerem lub innym kompatybilnym rozszerzeniem. Układ nie ma zintegrowanych portów SATA ani IDE, dlatego pamięć masowa musi być podłączona przez inne dostępne interfejsy platformy.

Wbudowane interfejsy nie są równoważne gotowym gniazdom dostępnym na obudowie komputera. Za ich fizyczne wyprowadzenie, zasilanie, ochronę elektryczną i zgodność sygnałów odpowiada projekt płyty głównej. Awaria urządzenia może więc wynikać z uszkodzenia samego SoC, ale także z problemu z pamięcią DDR3, układem zasilania, zegarem, pamięcią firmware albo zewnętrznym kontrolerem. Sama obecność napięcia zasilającego nie potwierdza prawidłowej pracy procesora. W praktyce analizuje się między innymi sekwencję startową, komunikację przez UART, aktywność magistrali oraz zachowanie urządzenia po odłączeniu poszczególnych peryferiów.

Obudowa, warunki pracy i ocena uszkodzenia

Intel przewidział dla X1021D obudowę FCBGA393 o wymiarach 15 × 15 mm. FCBGA oznacza obudowę, w której połączenia z płytą są realizowane przez siatkę kulek lutowniczych znajdujących się pod układem. Taka konstrukcja ogranicza możliwość wykonania prostej wymiany metodą stosowaną przy procesorach umieszczanych w gnieździe. Do diagnostyki potrzebne są pomiary zasilania, kontrola zwarć na liniach zasilających, sprawdzenie sygnałów resetu i zegara oraz analiza komunikacji z pamięcią i urządzeniami peryferyjnymi.

Zakres temperatury pracy podawany dla tego modelu obejmuje od -40°C do 85°C, a temperatura złącza T_JUNCTION wynosi 110°C. Nie należy jednak utożsamiać maksymalnej temperatury z bezpieczną temperaturą obudowy całego urządzenia. Warunki cieplne zależą od projektu laminatu, sposobu odprowadzania ciepła, obciążenia interfejsów i otoczenia. X1021D ma status produktu wycofanego oraz zakończony okres serwisowania, dlatego przy naprawie uszkodzonego urządzenia szczególnie ważne jest ustalenie, czy problem dotyczy lutowania, zasilania, firmware, pamięci lub elementu zewnętrznego. Wymiana całej płyty może być technicznie bardziej realna niż pozyskanie i ponowne zamontowanie samego układu.