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親自實踐項目:裝設(shè)起居室電腦的嘗試

出處:高勇 發(fā)布于:2007-06-08 21:32:55

再付出點艱苦勞動…再增加點硬件…再增加點軟件…你究竟能使一臺小型PC好到什么程度呢?
  當你在大約二個月前讀到關(guān)于勇氣號(C Spirit)(我親手用 mini-ITX 制造的起居室個人電腦)的文章時,勇氣號正在稱職地完成一般性的計算工作(參考文獻 1)。但是,它的圖形功能卻遠遠落后于我為了把 Xbox 從音響柜里清除出去而所需的圖形功能。同樣,它的 PVR(個人錄像機)播放性能也不行,使我的 ReplayTV 感受不到可能陳舊過時的威脅。
  然而,時間和技術(shù)以一致的步伐前進,我也取得了進步,對原來采用 Via公司 1GHz C3 Nehemiah 處理器的系統(tǒng)進行了優(yōu)化。但是,逐漸加大軟硬件調(diào)整所得到的回報正在減少,而當超過某一限度時,什么樣的微調(diào)和定制化努力都無法把夏利變成法拉利。所以,我還將討論在Intel公司1.6 MHz“奔騰”M處理器(圖 1)基礎(chǔ)上,用 Via公司 的 M10000 主板替換 Lippert公司 mini-ITX 主板后所獲得的結(jié)果。
Thunderbird的1.6GHz奔騰M處理器、先進的芯核邏輯和DDR333 SDRAM支持mini-ITX形式因子增加基本內(nèi)容
圖1,Thunderbird的1.6GHz奔騰M處理器、先進的芯核邏輯和DDR333 SDRAM支持mini-ITX形
式因子增加基本內(nèi)容(Lippert供稿)。

  如同勇氣號項目一樣,我的主要目的是為你們提供信息,供你們推斷每一個 mini-ITX 的優(yōu)缺點,因為這些優(yōu)缺點與你日常工作中設(shè)計的嵌入系統(tǒng)有關(guān)。但是,從我收到的反饋信息中可以明顯地看到,你們中的許多人對制造自己的起居室個人電腦很感興趣。我希望我的觀測結(jié)果在這一有趣的業(yè)余活動中對你們是有用的。
  完美的多邊形性能
  我一直沒鬧清楚為什么不能使 ATI 公司的 All-In-Wonder VE 圖形卡在勇氣號的 PCI 插槽中起作用。除了BIOS和軟驅(qū)問題之外,由于存在幾個硬件障礙,為mini-ITX主板找到一個兼容的圖形子系統(tǒng)現(xiàn)在是具有挑戰(zhàn)性的。圖形行業(yè)正在從超脫 AGP 總線向Intel 公司及其競爭對手的新一代芯核邏輯芯片組中的PCI Express 接口過渡,從而有效地淘汰更老的 PCI 總線。另外,這一項目所用 Casetronic公司的機箱 和 Morex公司的機箱,都通過一個只有1/2英寸高的開口,把 PCI卡從后面裝入系統(tǒng)(圖 2)。電解電容器、風扇和散熱器以及電視調(diào)諧器盒全都常常使圖形卡超過這一高度。
Morex國際公司2699型mini-ITX機箱(由Casetonic公司轉(zhuǎn)售)(a)為瘦長外形;Casetronic Travla的C137機箱占板面積和外形略大一點,以換取額外的擴展能力(b)。
圖2,Morex國際公司2699型mini-ITX機箱(由Casetonic公司轉(zhuǎn)售)(a)為瘦長外形;Casetronic Travla的C137機箱占板面積和外形略大一點,以換取額外的擴展能力(b)。

  幸好,Nvidia公司的 Quadro 系列中有幾塊卡符合要求。Quadro NVS 200 和 NVS 280 都是矮形卡,采用被動散熱方式。(Nvidia公司的 NVS 200 使用的是 NV17芯核,即 GeForce 4 MX芯核;NVS 280 使用的是 NV18 芯核,即 GeForce 4 MX 400芯核,支持 AGP8× 以及本地幀緩沖 DDR SDRAM。)Nvidia 小心地將NVS卡主要定位于 2 維應(yīng)用,不想讓它沖擊高端的 Quadro FX 系列圖形卡。但是,與 Via公司的 CLE266 芯片組的內(nèi)部3維圖形功能相比,Quadro NVS 卡更能應(yīng)對自如。
  只要配置勇氣號的 BIOS,以便優(yōu)先使用的是 PCI 插槽中的圖形子系統(tǒng),而不是CLE266 的集成圖形芯核,我就能把系統(tǒng)啟動和初始 Windows 防濺屏顯示傳送到 Quadro NVS 280 。一旦我啟動了操作系統(tǒng),顯示屬性的簡單重新配置就使所有windows XP屏顯示只傳送到Nvidia線路板。的結(jié)果如何?在 32 位設(shè)置和抗混淆功能關(guān)斷的情況下,在分辨率為800X600時,F(xiàn)uturemark 3DMark 2001 的得分是 2784( Nvidia v6.14.10.5216 驅(qū)動器處于“高性能”模式)和 2842(驅(qū)動程序處于“質(zhì)量”模式),這比我用CLE266 內(nèi)部圖形功能獲得的得分要高出近3倍。在分辨率為1024×768時,Nvidia 的得分比 Via 高出近 3.5 倍。在4樣本抗混淆功能開啟,以提高圖像質(zhì)量(犧牲幀頻性能)的情況下,并在兩種分辨率設(shè)定下,Quadro 280的得分仍然輕易地超過沒有抗混淆功能的 Via 圖形芯核幾乎1.5 倍。
  你也許注意到了 Nvidia 得分的奇怪現(xiàn)象:按“質(zhì)量”優(yōu)化后的得分要比驅(qū)動器置于“高性能”模式時獲得的得分高。如果你訪問網(wǎng)站上本文的附錄(www.edn.com),從中獲得所有得分以及詳細的和屏顯圖,你就會發(fā)現(xiàn),驅(qū)動器設(shè)置與得分是不一致的。我懷疑:3DMark 2001 執(zhí)行的是過時的 DirectX 7 API功能,驅(qū)動
器優(yōu)化對這些功能沒有影響,而這種不一致性是由很小的正常運行基準測試差異引起的。
  說到 API,雖然以前我因DirectX 功能集不完整而無法在勇氣號的 Via 圖形芯核上運行 Futuremark公司的 3DMark03,但我卻能在3DMark03上測試 Quadro NVS 280。你在網(wǎng)站上的附錄中找到這些結(jié)果以及PCMark04的測試結(jié)果(在PCMark04中,包含Nvidia的系統(tǒng)也超過內(nèi)涵 CLE266 的系統(tǒng),但不明顯,因為 PCMark04 基準測試不太重視 3 維功能)。Quadro NVS280 確實(幾乎)不受 BAPCo公司的 SysMark 2004 中 60 分鐘 Discreet 3D Studio Max 腳本超時的影響,sysMark2004對 Via公司的 CLE266 圖形芯核則有影響。但是,隨后的Adobe Premiere 加 Photoshop 腳本,因其嚴重依賴于速度仍然很慢的CPU,再地使 Internet Content Creation 測試序列無法完成。
  恢復接收效果
  只要將 SnapStream 的 BeyondTV 從
CLE266 圖形系統(tǒng)轉(zhuǎn)接到 Nvidia 圖形卡上,就能實現(xiàn)容許的MPEG-2 播放幀速率。如果把 Quadro NVS 280 與 Hauppauge WinTV-PVR 250 卡連接一起,對MPEG-2 解碼進行處理,我就能獲得 Xbox+ReplayTV或者Xbox+TiVo的替代品。但我不可能把由此獲得的雙卡系統(tǒng)都裝到細長的 Morex 2699 機箱內(nèi),而要使用較大的雙插槽機箱,如 Casetronic公司的 Travla C137。我還聽說 Frey 技術(shù)公司有一種電腦錄像機軟件可以在 Windows 系統(tǒng)上實現(xiàn)任何硬件視頻加速功能,該軟件名稱是 SageTV,但尚未得到確認。Linux 愛好者同樣應(yīng)當試用MythTV程序。
  在初露鋒芒的壓縮數(shù)字電視時代,談?wù)撃M視頻信號數(shù)字化和 MPEG-2 位流解碼是很離奇的。去年夏天,公共廣播服務(wù)公司在加州薩克拉門托當?shù)氐碾娨暸_是我所在地區(qū)一個 廣播DTV節(jié)目的電視臺。不幸的是,我擁有的 Tera-Logic公司(當時是 Oak 技術(shù)公司,現(xiàn)在是 Zoran公司)的內(nèi)含Janus的 HDTV PC擴充卡全都太厚,插不進 Casetronic 或 Morex 機箱的后插槽中(參考文獻 2)。但是,在今年一月于拉斯維加斯舉行的消費電子產(chǎn)品展覽會上,Sasem公司的一位代表在InterVideo展會上為我演示了 Sasem 公司的 OnAir USB HDTV 調(diào)諧器(圖 3)。
OnAir USB HDTV的硬件加速和高速USB能夠地實現(xiàn)與各種TV和其他高視頻相關(guān)系統(tǒng)的分區(qū)接口(a),其背板能提供充足的連接選項(b)
圖3,OnAir USB HDTV的硬件加速和高速USB能夠地實現(xiàn)與各種TV和其他高視頻相關(guān)系統(tǒng)的分區(qū)接口(a),其背板能提供充足的連接選項(b),(Sasem供稿)。

  OnAir USB HDTV 有兩個天線輸入端:一個用于輸入模擬和數(shù)字電視,另一個則僅用于接收數(shù)字電視。它還提供雙聲道音頻輸入端以及合成視頻輸入端和S視頻輸入端。它接收數(shù)字廣播信號時,能將信號解調(diào)成相應(yīng)的音頻和視頻位流,并與InterVideo編解碼器一起,通過 480-Mbps 的 USB 2.0 連線將它們傳送到個人電腦進行解碼和播放。輸入的模擬視頻以及模擬電視信號則在通過高速 USB 端口傳送給個人電腦之前,均由 OnAir USB HDTV 內(nèi)的電路加以數(shù)字化,再按MPEG-2 格式加以壓縮,(有多種用戶可選的圖像質(zhì)量和尺寸設(shè)置),從而不會增加個人電腦 CPU 的負擔。
  包括紅外遙控器在內(nèi)的OnAir USB HDTV 的硬件,整體看來挺不錯。軟件存在一些問題,使該設(shè)備不能充分發(fā)揮潛力,但這是一種新產(chǎn)品,制造商看樣子也在努力解決這些問題。當與 Nvidia 圖形卡一起使用時,Sasem公司的用戶界面系統(tǒng)偶爾會崩潰,而與 CLE266 一起使用試圖顯示一個頻道廣播節(jié)目時則肯定會崩潰,無論是否使用 DirectX。雖然可以設(shè)定錄像的開始和結(jié)束時間,但目前還沒有綜合的節(jié)目指南。時間平移功能只適用于模擬電視廣播信號,音/視頻同步是時而成功時而又不成功,用戶界面和求助文檔中的某些詞語和詞語的韓-英翻譯,至少可以說是很有意思的。
  然而, OnAir USB HDTV 的接收效果卻令人吃驚。Sasem 公司提供一個受時間和文件大小限制的高清晰視頻播放器,以及兩個很短的視頻剪輯。視頻剪輯你可以從該公司的網(wǎng)站上,并可用來測試你的系統(tǒng)是否具備足夠的能力來處理 HDTV 播放。勇氣號連推薦的速處理器規(guī)格也達不到(1-GHz C3 Nehemiah處理器相當于 500-MHz Pentium III 處理器)。但當我播放這兩個基準視頻剪輯或通過
Nvidia 圖形卡觀看 DTV 時,沒有看到有明顯的掉幀,這多虧它有全功能的視頻解碼流水線,其中包括運動補償、iDCT以及彩色空間變換。在通過 Nvidia 硬件進行高清晰度視頻播放期間,Sasem公司的視頻播放器大約占用 90% 的 CPU處理能力。
  與之相比,當我嘗試用CLE266圖形芯核播放高清晰度視頻時,windows Task Manager則始終100%地占用CPU,而且屏幕圖像跳動得厲害。兩種圖形卡之間的這種區(qū)別讓人困惑不解,因為CLE266也號稱有全功能的 MPEG-2解碼引擎。也許是CLE266 的視頻解碼硬件運行速度太慢,也許是Via公司的DirectX VA驅(qū)動器不完善(這也有助于說明我的 BeyondTV問題)。當用 OnAir USB HDTV 在 Nvidia 圖形卡上播放模擬視頻時,不同的質(zhì)量方式下CPU的占用率在30% ~ 60% 之間。因為視頻解碼是專門硬件完成的,因此,用于時間平移和同步視頻編解碼而增加的CPU使用率是難以覺察的。
  在我上次進行勇氣號項目時,我建議把微軟的Windows XP版換成更精簡的操作系統(tǒng),如換成嵌入式 Wind
ows或Linux,這也許會使勇氣號的性能大大提高。幾個星期前,一位精通Linux的朋友和我花了一個多小時時間試圖在勇氣號上啟動 Lindows 4.5,但進展不大。我們使用的是LindowsLive版本操作系統(tǒng),它可以直接從光盤上引導,無需將其安裝到硬盤上。這種直接用CD的好處是可以很快地開始運行,無需擔心毀壞硬盤上的數(shù)據(jù),但缺點是,如果 CD上的驅(qū)動器套件不支持個人電腦上的或與個人電腦連接的某個特定外設(shè),你就無法使用這一外設(shè)。
  在我的初次Lindows實驗中,就碰到了這個限制,就我用來解決勇氣號電源局限性的D-Link公司USB2的 外置適配器而言更是如此。然而,因為我在系統(tǒng)上外接了320W的ATX電源,所以我憑直覺重新啟動M10000 的集成以太網(wǎng)控制器,再次通過 CLE266圖形芯核運行LindowsLive,這次成功了!操作系統(tǒng)在不到4分鐘之內(nèi)引導完成,看來一切功能正常(雖然性能還算不上,因為我發(fā)現(xiàn)Via 網(wǎng)站上可以Linux驅(qū)動程序,我懷疑Lindows光盤上的驅(qū)動程序不是版本)。
  我輕而易舉地連接上了局域網(wǎng)上的其它客戶,上網(wǎng)也很方便;和 Windows 類似的用戶界面很快可以上手。令人吃驚的是,我發(fā)現(xiàn)我用不著像Windows 客戶那樣需要輸入用戶名和密碼,就可以訪問并更改 D-Link 家庭中心驅(qū)動器和東芝 SG10 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的內(nèi)容,而驅(qū)動器和服務(wù)器兩者都使用了 Linux。D-Link公司 承認這是“設(shè)計問題”,但東芝沒有發(fā)表意見(參考文獻 3)。
  我通過Lindows的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器雙擊Excel文檔、Word文檔和Acrobat文檔、ASCII文本文件、JPEG和TIFF圖形文件,它們都可以順利地讀入 LindowsLive的OpenOffice和其它應(yīng)用程序中。這給我的印象很不錯,所以我鼓勵你也一份LindowsLive或其它Linux發(fā)行包,自己測試一下這個操作系統(tǒng)。等那位懂Linux的朋友回來后,我希望能和他一起用 PowerQuest公司的(現(xiàn)在屬于 Symantec公司)Partition Magic將 Lindows 操作系統(tǒng)和優(yōu)化的外設(shè)驅(qū)動安裝在一個獨立的硬盤分區(qū),作進一步的測試。我將在本文的網(wǎng)站附錄中以后的測試結(jié)果。
  硬件的擴充和軟件的優(yōu)化都向平臺的終實現(xiàn)邁進了一步,但處理器性能的缺陷限制了優(yōu)化的效果。因此,我是滿懷期望地開始使用 Lippert 的 Thunderboard mini-ITX 主板的。這塊主板包括一個1.6-GHz Pentium M 處理器(還有一款無風扇的 1.3-GHz 處理器),以及 Intel 855GME 芯片組。我繼續(xù)沿用原來用的 NASA 火星探測器命名法,給新的系統(tǒng)起名為“機遇號”。我現(xiàn)在有 Thunderbird 主板,一條 Infineon 512-M PC2700 內(nèi)存條,一塊新的 Maxtor 300GB 5400 轉(zhuǎn)硬盤,并已裝在 Moex 2699 機箱中,光驅(qū)仍沿用勇氣號的東芝產(chǎn)品。
  除了處理器和芯核邏輯從勇氣號到機遇號的演進之外,Via公司 的 M10000 主板怎麼與 Thunderbird 主板相比較呢?M10000專有的或增強的功能包括 6 聲道(Thunderbird是2聲道)模擬或S/PDIF數(shù)字音頻、合成視頻和S視頻輸出,以及內(nèi)置IEEE-1394 支持。Thunderbird專有的或改進的功能包括支持DDR333(M10000支持 DDR266)內(nèi)存,6個USB2.0接口(M10000為4個),兩個(M10000為 一個)以太網(wǎng)控制器(其中一個支持千兆網(wǎng)),雙 LVDS 通道(M10000有一個可選模塊安裝位置),以及一個 mini-PCI控制器(插上一塊Lippert公司 專門設(shè)計的mini-PCI卡就有了 IEEE-1394功能)。兩塊主板之間的另外一個重要差別是Thunderbird的PCI 總線只支持3.3V信號,而M10000的 PCI總線則能接受5V信號。
  兩塊主板在PCI信號傳輸(因此是連接器鍵控)方面的差別,再加上布局不一致,使我的 PCI 轉(zhuǎn)接卡不能在 Thunderbird 上使用,到現(xiàn)在我也無法在 PCI 槽上安裝圖形卡。到本文付印時,Lippert 設(shè)計的轉(zhuǎn)接卡正在從德國寄來的途中。我不得不借助連接器適配器,再發(fā)現(xiàn)Thunderbird主板的一些不同之處;Thunderbird主板上較小的USB連接器不能與Morex機箱前面板USB電纜直接相連,而且Thunderbird主板 也沒有提供機箱背面兩個風扇的電源連接器。我也無法重新布線,將 Thunderbird 的音頻輸入和輸出端從系統(tǒng)背面連接到前面板,而用 M10000 主板則可以用超馳連接器來實現(xiàn)。
  我迄今對Thu
nderbird 所做的實驗并不完全一帆風順,但卻使人賞心悅目地看到了該主板上的Intel公司組件的很大性能潛力。我以前曾按 Lippert 的指南手工安裝 AC’97 音頻驅(qū)動程序,機器死機了,然后無法完成 Windows 的引導,經(jīng)過多次嘗試未果,終我只得重新格式化硬盤,重新安裝系統(tǒng)。這,我首先關(guān)閉了BIOS 中的AC’97音頻驅(qū)動程序;這一工作區(qū)不是二個問題,因為我打算外接一臺創(chuàng)新公司的 Audigy2 NX USB 聲卡。
  顯示器在整個 Windows 安裝過程中,在系統(tǒng)引導期間,或者當我將分辨率設(shè)為 1024×768像素,然后做些簡單的工作如移動鼠標時均閃爍不停。(分辨率設(shè)定為 800×600像素時顯示器似乎很穩(wěn)定。)并且,除非我關(guān)掉圖形加速功能,或?qū)⑵湓O(shè)定在基本的“簡單”功能上,否則,當我用鍵盤或鼠標滾動顯示屏時(如在 IE 或資源管理器里),系統(tǒng)肯定會鎖死或需重新起動。這些音頻和圖形問題, Lippert 都無法重復,于是我只能懷疑硬件有問題。Lippert公司 同意給我換一塊板,但還沒有寄到。
  除了速率變動之外,我能在 SiSoft Sandra中 對 Pentium M 處理器及其芯核邏輯進行基準測試,因而我對Intel公司用一代體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的每兆赫MIPS 功能有深刻的印象。我在兩種配置下對Thunderbird進行了測試,一種配置是缺省的1.6-GHz配置,另一種配置是通過更改BIOS 設(shè)置來實現(xiàn)的與Via C3 Nehemiah 兼容的 1-GHz 配置。本文的網(wǎng)站附錄中的屏幕截圖表明1.6-GHz 的 Pentium M 性能超過2-GHz Pentium 4,而 1-GHz Pentium M性能優(yōu)于Via C3 Nehemiah。
  你只要訪問EDN網(wǎng)站上的基準測試,就能確認:SiSoft Sandra 對 1-GHz Via C3 Nehemiah CPU 的性能估計與我在勇氣號上測試的結(jié)果相近。(事實上,SiSoft Sandra 略微夸大了這些結(jié)果。)機遇號在1GHz和1.6GHz 兩種時鐘速度下的緩存與內(nèi)存子系統(tǒng)的基準測試結(jié)果都很好,特別是在使用較大傳輸塊時。Maxtor 的硬盤又成了出色的表演者,它在機遇號上的性能甚至比在勇氣號上還好。

  

參考文獻:

[1]. PCI  datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PCI+_1201469.html.
[2]. LVDS  datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/LVDS+_457917.html.


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