亲自实践项目：装设起居室电脑的尝试

出处：高勇发布于：2007-06-08 21:32:55

再付出点艰苦劳动…再增加点硬件…再增加点软件…你究竟能使一台小型PC好到什么程度呢？
　　当你在大约二个月前读到关于勇气号(C Spirit)（我亲手用 mini-ITX 制造的起居室个人电脑）的文章时，勇气号正在称职地完成一般性的计算工作（参考文献 1）。但是，它的图形功能却远远落后于我为了把 Xbox 从音响柜里清除出去而所需的图形功能。同样，它的 PVR（个人录像机）播放性能也不行，使我的 ReplayTV 感受不到可能陈旧过时的威胁。
　　然而，时间和技术以一致的步伐前进，我也取得了进步，对原来采用 Via公司 1GHz C3 Nehemiah 处理器的系统进行了优化。但是，逐渐加大软硬件调整所得到的回报正在减少，而当超过某一限度时，什么样的微调和定制化努力都无法把夏利变成法拉利。所以，我还将讨论在Intel公司1.6 MHz“奔腾”M处理器（图 1）基础上，用 Via公司的 M10000 主板替换 Lippert公司 mini-ITX 主板后所获得的结果。

Thunderbird的1.6GHz奔腾M处理器、先进的芯核逻辑和DDR333 SDRAM支持mini-ITX形式因子增加基本内容

图1，Thunderbird的1.6GHz奔腾M处理器、先进的芯核逻辑和DDR333 SDRAM支持mini-ITX形

式因子增加基本内容（Lippert供稿）。
　　如同勇气号项目一样，我的主要目的是为你们提供信息，供你们推断每一个 mini-ITX 的优缺点，因为这些优缺点与你日常工作中设计的嵌入系统有关。但是，从我收到的反馈信息中可以明显地看到，你们中的许多人对制造自己的起居室个人电脑很感兴趣。我希望我的观测结果在这一有趣的业余活动中对你们是有用的。
　　完美的多边形性能
　　我一直没闹清楚为什么不能使 ATI 公司的 All-In-Wonder VE 图形卡在勇气号的 PCI 插槽中起作用。除了BIOS和软驱问题之外，由于存在几个硬件障碍，为mini-ITX主板找到一个兼容的图形子系统现在是具有挑战性的。图形行业正在从超脱 AGP 总线向Intel 公司及其竞争对手的新一代芯核逻辑芯片组中的PCI Express 接口过渡，从而有效地淘汰更老的 PCI 总线。另外，这一项目所用 Casetronic公司的机箱和 Morex公司的机箱，都通过一个只有1/2英寸高的开口，把 PCI卡从后面装入系统（图 2）。电解电容器、风扇和散热器以及电视调谐器盒全都常常使图形卡超过这一高度。

图2，Morex国际公司2699型mini-ITX机箱（由Casetonic公司转售）（a）为瘦长外形；Casetronic Travla的C137机箱占板面积和外形略大一点，以换取额外的扩展能力（b）。
　　幸好，Nvidia公司的 Quadro 系列中有几块卡符合要求。Quadro NVS 200 和 NVS 280 都是矮形卡，采用被动散热方式。（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× 以及本地帧缓冲 DDR SDRAM。）Nvidia 小心地将NVS卡主要定位于 2 维应用，不想让它冲击高端的 Quadro FX 系列图形卡。但是，与 Via公司的 CLE266 芯片组的内部3维图形功能相比，Quadro NVS 卡更能应对自如。
　　只要配置勇气号的 BIOS，以便优先使用的是 PCI 插槽中的图形子系统，而不是CLE266 的集成图形芯核，我就能把系统启动和初始 Windows 防溅屏显示传送到 Quadro NVS 280 。一旦我启动了操作系统，显示属性的简单重新配置就使所有windows XP屏显示只传送到Nvidia线路板。的结果如何？在 32 位设置和抗混淆功能关断的情况下，在分辨率为800X600时，Futuremark 3DMark 2001 的得分是 2784（ Nvidia v6.14.10.5216 驱动器处于“高性能”模式）和 2842（驱动程序处于“质量”模式），这比我用CLE266 内部图形功能获得的得分要高出近3倍。在分辨率为1024×768时，Nvidia 的得分比 Via 高出近 3.5 倍。在4样本抗混淆功能开启，以提高图像质量（牺牲帧频性能）的情况下，并在两种分辨率设定下，Quadro 280的得分仍然轻易地超过没有抗混淆功能的 Via 图形芯核几乎1.5 倍。
　　你也许注意到了 Nvidia 得分的奇怪现象：按“质量”优化后的得分要比驱动器置于“高性能”模式时获得的得分高。如果你访问网站上本文的附录(www.edn.com),从中获得所有得分以及详细的和屏显图，你就会发现，驱动器设置与得分是不一致的。我怀疑：3DMark 2001 执行的是过时的 DirectX 7 API功能，驱动

器优化对这些功能没有影响，而这种不一致性是由很小的正常运行基准测试差异引起的。
　　说到 API，虽然以前我因DirectX 功能集不完整而无法在勇气号的 Via 图形芯核上运行 Futuremark公司的 3DMark03，但我却能在3DMark03上测试 Quadro NVS 280。你在网站上的附录中找到这些结果以及PCMark04的测试结果（在PCMark04中，包含Nvidia的系统也超过内涵 CLE266 的系统，但不明显，因为 PCMark04 基准测试不太重视 3 维功能）。Quadro NVS280 确实（几乎）不受 BAPCo公司的 SysMark 2004 中 60 分钟 Discreet 3D Studio Max 脚本超时的影响，sysMark2004对 Via公司的 CLE266 图形芯核则有影响。但是，随后的Adobe Premiere 加 Photoshop 脚本，因其严重依赖于速度仍然很慢的CPU，再地使 Internet Content Creation 测试序列无法完成。
　　恢复接收效果
　　只要将 SnapStream 的 BeyondTV 从

CLE266 图形系统转接到 Nvidia 图形卡上，就能实现容许的MPEG-2 播放帧速率。如果把 Quadro NVS 280 与 Hauppauge WinTV-PVR 250 卡连接一起，对MPEG-2 解码进行处理，我就能获得 Xbox+ReplayTV或者Xbox+TiVo的替代品。但我不可能把由此获得的双卡系统都装到细长的 Morex 2699 机箱内，而要使用较大的双插槽机箱，如 Casetronic公司的 Travla C137。我还听说 Frey 技术公司有一种电脑录像机软件可以在 Windows 系统上实现任何硬件视频加速功能，该软件名称是 SageTV，但尚未得到确认。Linux 爱好者同样应当试用MythTV程序。
　　在初露锋芒的压缩数字电视时代，谈论模拟视频信号数字化和 MPEG-2 位流解码是很离奇的。去年夏天，公共广播服务公司在加州萨克拉门托当地的电视台是我所在地区一个广播DTV节目的电视台。不幸的是，我拥有的 Tera-Logic公司（当时是 Oak 技术公司，现在是 Zoran公司）的内含Janus的 HDTV PC扩充卡全都太厚，插不进 Casetronic 或 Morex 机箱的后插槽中（参考文献 2）。但是，在今年一月于拉斯维加斯举行的消费电子产品展览会上，Sasem公司的一位代表在InterVideo展会上为我演示了 Sasem 公司的 OnAir USB HDTV 调谐器（图 3）。

图3，OnAir USB HDTV的硬件加速和高速USB能够地实现与各种TV和其他高视频相关系统的分区接口（a），其背板能提供充足的连接选项（b），（Sasem供稿）。
　　OnAir USB HDTV 有两个天线输入端：一个用于输入模拟和数字电视，另一个则仅用于接收数字电视。它还提供双声道音频输入端以及合成视频输入端和S视频输入端。它接收数字广播信号时，能将信号解调成相应的音频和视频位流，并与InterVideo编解码器一起，通过 480-Mbps 的 USB 2.0 连线将它们传送到个人电脑进行解码和播放。输入的模拟视频以及模拟电视信号则在通过高速 USB 端口传送给个人电脑之前，均由 OnAir USB HDTV 内的电路加以数字化，再按MPEG-2 格式加以压缩，（有多种用户可选的图像质量和尺寸设置），从而不会增加个人电脑 CPU 的负担。
　　包括红外遥控器在内的OnAir USB HDTV 的硬件，整体看来挺不错。软件存在一些问题，使该设备不能充分发挥潜力，但这是一种新产品，制造商看样子也在努力解决这些问题。当与 Nvidia 图形卡一起使用时，Sasem公司的用户界面系统偶尔会崩溃，而与 CLE266 一起使用试图显示一个频道广播节目时则肯定会崩溃，无论是否使用 DirectX。虽然可以设定录像的开始和结束时间，但目前还没有综合的节目指南。时间平移功能只适用于模拟电视广播信号，音／视频同步是时而成功时而又不成功，用户界面和求助文档中的某些词语和词语的韩-英翻译，至少可以说是很有意思的。
　　然而， OnAir USB HDTV 的接收效果却令人吃惊。Sasem 公司提供一个受时间和文件大小限制的高清晰视频播放器，以及两个很短的视频剪辑。视频剪辑你可以从该公司的网站上，并可用来测试你的系统是否具备足够的能力来处理 HDTV 播放。勇气号连推荐的速处理器规格也达不到（1-GHz C3 Nehemiah处理器相当于 500-MHz Pentium III 处理器）。但当我播放这两个基准视频剪辑或通过

Nvidia 图形卡观看 DTV 时，没有看到有明显的掉帧，这多亏它有全功能的视频解码流水线，其中包括运动补偿、iDCT以及彩色空间变换。在通过 Nvidia 硬件进行高清晰度视频播放期间，Sasem公司的视频播放器大约占用 90% 的 CPU处理能力。
　　与之相比，当我尝试用CLE266图形芯核播放高清晰度视频时，windows Task Manager则始终100%地占用CPU，而且屏幕图像跳动得厉害。两种图形卡之间的这种区别让人困惑不解，因为CLE266也号称有全功能的 MPEG-2解码引擎。也许是CLE266 的视频解码硬件运行速度太慢，也许是Via公司的DirectX VA驱动器不完善（这也有助于说明我的 BeyondTV问题）。当用 OnAir USB HDTV 在 Nvidia 图形卡上播放模拟视频时，不同的质量方式下CPU的占用率在30% ~ 60% 之间。因为视频解码是专门硬件完成的，因此，用于时间平移和同步视频编解码而增加的CPU使用率是难以觉察的。
　　在我上次进行勇气号项目时，我建议把微软的Windows XP版换成更精简的操作系统，如换成嵌入式 Wind

ows或Linux，这也许会使勇气号的性能大大提高。几个星期前，一位精通Linux的朋友和我花了一个多小时时间试图在勇气号上启动 Lindows 4.5，但进展不大。我们使用的是LindowsLive版本操作系统，它可以直接从光盘上引导，无需将其安装到硬盘上。这种直接用CD的好处是可以很快地开始运行，无需担心毁坏硬盘上的数据，但缺点是，如果 CD上的驱动器套件不支持个人电脑上的或与个人电脑连接的某个特定外设，你就无法使用这一外设。
　　在我的初次Lindows实验中，就碰到了这个限制，就我用来解决勇气号电源局限性的D-Link公司USB2的外置适配器而言更是如此。然而，因为我在系统上外接了320W的ATX电源，所以我凭直觉重新启动M10000 的集成以太网控制器，再次通过 CLE266图形芯核运行LindowsLive，这次成功了！操作系统在不到4分钟之内引导完成，看来一切功能正常（虽然性能还算不上，因为我发现Via 网站上可以Linux驱动程序，我怀疑Lindows光盘上的驱动程序不是版本）。
　　我轻而易举地连接上了局域网上的其它客户，上网也很方便；和 Windows 类似的用户界面很快可以上手。令人吃惊的是，我发现我用不着像Windows 客户那样需要输入用户名和密码，就可以访问并更改 D-Link 家庭中心驱动器和东芝 SG10 网络服务器的内容，而驱动器和服务器两者都使用了 Linux。D-Link公司承认这是“设计问题”，但东芝没有发表意见（参考文献 3）。
　　我通过Lindows的网络浏览器双击Excel文档、Word文档和Acrobat文档、ASCII文本文件、JPEG和TIFF图形文件，它们都可以顺利地读入 LindowsLive的OpenOffice和其它应用程序中。这给我的印象很不错，所以我鼓励你也一份LindowsLive或其它Linux发行包，自己测试一下这个操作系统。等那位懂Linux的朋友回来后，我希望能和他一起用 PowerQuest公司的（现在属于 Symantec公司）Partition Magic将 Lindows 操作系统和优化的外设驱动安装在一个独立的硬盘分区，作进一步的测试。我将在本文的网站附录中以后的测试结果。
　　硬件的扩充和软件的优化都向平台的终实现迈进了一步，但处理器性能的缺陷限制了优化的效果。因此，我是满怀期望地开始使用 Lippert 的 Thunderboard mini-ITX 主板的。这块主板包括一个1.6-GHz Pentium M 处理器（还有一款无风扇的 1.3-GHz 处理器），以及 Intel 855GME 芯片组。我继续沿用原来用的 NASA 火星探测器命名法，给新的系统起名为“机遇号”。我现在有 Thunderbird 主板，一条 Infineon 512-M PC2700 内存条，一块新的 Maxtor 300GB 5400 转硬盘，并已装在 Moex 2699 机箱中，光驱仍沿用勇气号的东芝产品。
　　除了处理器和芯核逻辑从勇气号到机遇号的演进之外，Via公司的 M10000 主板怎麽与 Thunderbird 主板相比较呢？M10000专有的或增强的功能包括 6 声道（Thunderbird是2声道）模拟或S/PDIF数字音频、合成视频和S视频输出，以及内置IEEE-1394 支持。Thunderbird专有的或改进的功能包括支持DDR333（M10000支持 DDR266）内存，6个USB2.0接口（M10000为4个），两个（M10000为一个）以太网控制器（其中一个支持千兆网），双 LVDS 通道（M10000有一个可选模块安装位置），以及一个 mini-PCI控制器（插上一块Lippert公司专门设计的mini-PCI卡就有了 IEEE-1394功能）。两块主板之间的另外一个重要差别是Thunderbird的PCI 总线只支持3.3V信号，而M10000的 PCI总线则能接受5V信号。
　　两块主板在PCI信号传输（因此是连接器键控）方面的差别，再加上布局不一致，使我的 PCI 转接卡不能在 Thunderbird 上使用，到现在我也无法在 PCI 槽上安装图形卡。到本文付印时，Lippert 设计的转接卡正在从德国寄来的途中。我不得不借助连接器适配器，再发现Thunderbird主板的一些不同之处；Thunderbird主板上较小的USB连接器不能与Morex机箱前面板USB电缆直接相连，而且Thunderbird主板也没有提供机箱背面两个风扇的电源连接器。我也无法重新布线，将 Thunderbird 的音频输入和输出端从系统背面连接到前面板，而用 M10000 主板则可以用超驰连接器来实现。
　　我迄今对Thu

nderbird 所做的实验并不完全一帆风顺，但却使人赏心悦目地看到了该主板上的Intel公司组件的很大性能潜力。我以前曾按 Lippert 的指南手工安装 AC’97 音频驱动程序，机器死机了，然后无法完成 Windows 的引导，经过多次尝试未果，终我只得重新格式化硬盘，重新安装系统。这，我首先关闭了BIOS 中的AC’97音频驱动程序；这一工作区不是二个问题，因为我打算外接一台创新公司的 Audigy2 NX USB 声卡。
　　显示器在整个 Windows 安装过程中，在系统引导期间，或者当我将分辨率设为 1024×768像素，然后做些简单的工作如移动鼠标时均闪烁不停。（分辨率设定为 800×600像素时显示器似乎很稳定。）并且，除非我关掉图形加速功能，或将其设定在基本的“简单”功能上，否则，当我用键盘或鼠标滚动显示屏时（如在 IE 或资源管理器里），系统肯定会锁死或需重新起动。这些音频和图形问题， Lippert 都无法重复，于是我只能怀疑硬件有问题。Lippert公司同意给我换一块板，但还没有寄到。
　　除了速率变动之外，我能在 SiSoft Sandra中对 Pentium M 处理器及其芯核逻辑进行基准测试，因而我对Intel公司用一代体系结构实现的每兆赫MIPS 功能有深刻的印象。我在两种配置下对Thunderbird进行了测试，一种配置是缺省的1.6-GHz配置，另一种配置是通过更改BIOS 设置来实现的与Via C3 Nehemiah 兼容的 1-GHz 配置。本文的网站附录中的屏幕截图表明1.6-GHz 的 Pentium M 性能超过2-GHz Pentium 4，而 1-GHz Pentium M性能优于Via C3 Nehemiah。
　　你只要访问EDN网站上的基准测试，就能确认：SiSoft Sandra 对 1-GHz Via C3 Nehemiah CPU 的性能估计与我在勇气号上测试的结果相近。（事实上，SiSoft Sandra 略微夸大了这些结果。）机遇号在1GHz和1.6GHz 两种时钟速度下的缓存与内存子系统的基准测试结果都很好，特别是在使用较大传输块时。Maxtor 的硬盘又成了出色的表演者，它在机遇号上的性能甚至比在勇气号上还好。