Einplatinencomputer als Steuerungen für Embedded-Systems-Projekte

Jedes eingebettete Computersystem, ob es sich um ein mobiles Gerät, Teil eines Sensornetzwerks oder ein anderes System handelt, hat spezifische Anforderungen. Dazu gehören Rechenleistung, Speicher, drahtlose und kupferbasierte Kommunikationsfähigkeiten sowie I/O-Schnittstellen zum Senden/Empfangen von Daten. Wenn Sie ein Entwickler von eingebetteten Systemen sind, müssen Sie eine Plattform für den Prototypenbau und die Serienproduktion Ihrer Systeme erstellen.

Im Bereich der Arbeit mit vorgefertigten Entwicklungsboards sprechen wir nicht von etwas Einfachem wie einem Arduino-Mikrocontroller-Board. Diese Boards können für einfachere Rechen- oder Datenerfassungsaufgaben verwendet werden, haben aber nicht die Rechenleistung, die für Anwendungen mit extrem hohen Rechenanforderungen erforderlich ist. Stattdessen möchten Sie etwas verwenden, das näher an einem Einplatinencomputer liegt. Dies spart Ihnen einige Kosten und ermöglicht es Ihnen, sich auf andere wichtige Designaspekte zu konzentrieren, wie Benutzererfahrung, Vernetzung und Ihre eingebettete Software.

Bauen oder nicht bauen?

Obwohl Sie versucht sein könnten, Ihre eigenen Boards zu entwickeln und herzustellen, können Sie auch den Weg gehen, Ihr Board auf Basis eines Einplatinencomputers oder eines anderen eingebetteten Controllers zu entwerfen. Das Bauen oder Kaufen eines eingebetteten Controllers ist eines der klassischen Dilemmata für jeden Entwickler eingebetteter Systeme. Der Weg, Ihr eigenes Controller-Board zu bauen, gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihr Board an den gewünschten Formfaktor, Integrationsgrad und Satz von Komponenten anzupassen.

Im Gegensatz dazu ermöglicht Ihnen der Kauf eines vorgefertigten Boards, die Kosten für Design, Prototyping, Testen und Produktion Ihres eigenen eingebetteten Controllers zu eliminieren. Die vorgefertigten Boards auf dem Markt enthalten bedeutende Funktionalitäten, die direkt in das Board integriert sind, was Ihnen ermöglicht, von einer fertigen, voll funktionsfähigen Hardwareplattform zu profitieren. Sie können sich dann auf die Softwareentwicklung Ihres Systems konzentrieren, die einen bedeutenden Teil jedes Entwicklungsbudgets ausmachen kann.

Wichtige Leistungskennzahlen für eingebettete Controller

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Leistung eines eingebetteten Systems zu messen. Einige der wichtigsten sind unten aufgeführt:

• On-Board-Speicher: Der Speicher auf einem eingebetteten Controller kommt in mehreren Formen, einschließlich RAM, Flash, EEPROM und sogar Festkörperspeicher. Wenn Ihr Board nur mit einer kleinen Menge Speicher vorkonfiguriert ist und Sie wissen, dass Ihre Anwendung rechenintensiv ist, dann ist es eine gute Idee, einen eingebetteten Controller mit einem SD-Karten-Erweiterungssteckplatz zu wählen. Dies ermöglicht es Ihnen, mehrere GB an Speicher zu Ihrem Board hinzuzufügen, mit einer angemessen schnellen Lese-/Schreibgeschwindigkeit.
• Verarbeitungsleistung: Dies ist einfach die Geschwindigkeit Ihrer Verarbeitungseinheit, egal ob es sich um ein FPGA, GPU oder CPU handelt. Viele kommerziell erhältliche Boards bieten GHz-Verarbeitungsraten zu einem vernünftigen Preis.
• Konnektivität: Dies umfasst alles von GPIO, USB, UART, Ethernet und anderen Protokollen über Kupfer. HDMI könnte auch gewünscht sein, wenn Ihr System mit einer externen Anzeigeeinheit interagieren wird. Dies kann auch drahtlose Fähigkeiten wie WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa oder andere Protokolle umfassen.
• Erweiterbarkeit: Dies hängt in gewisser Weise mit der Konnektivität zusammen, da Sie möglicherweise andere Module zu Ihrem Controller hinzufügen möchten, die die gewünschte Funktionalität bieten. Wenn Sie Ihr System mit anderen Geräten verbinden, sollten Sie die Steckverbinderkompatibilität beim Entwerfen Ihres Systems überprüfen.

Prozessoren für eingebettete Systeme, die mit hohen MHz- bis GHz-Geschwindigkeiten laufen, können erhebliche Energie verbrauchen, was Ihr System anfällig für das Abschalten macht, falls es keinen Zugang zu einer Notstromversorgung hat. Dies sollte auch während des Entwurfs berücksichtigt werden, und Sie sollten die Batteriegröße berechnen, die erforderlich ist, um Ihren Controller für die benötigte Dauer online zu halten. Das Tolle an der Verwendung eines vorgefertigten eingebetteten Controllers oder eines Einplatinencomputers ist, dass sie bereits die erforderliche Stromregelungsschaltung enthalten, und Sie müssen sich nur um den Stromverbrauch kümmern.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

Das CC-SBE-WMX-JN58 Modul von Digi International basiert auf einem 528 MHz CPU von NXP Semiconductor mit 256 MB DDR3 RAM an Bord. Dieses Board enthält zahlreiche Anschlüsse zur Interaktion mit anderen Modulen, einen microSD-Slot für erweiterten Speicher, USB- und Ethernet-Ports und andere Konnektivitätsoptionen (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). Der erweiterbare Speicher und die drahtlosen Fähigkeiten (WiFi und Bluetooth 4.2), die dieser Controller bietet, machen ihn ideal für eingebettete Anwendungen mit geringer Rechenlast und hohem Datenspeicherbedarf. Einige Beispiele umfassen die Fernbildaufnahme und die Echtzeit-Sensorenüberwachung.

Fotografie des CC-SBE-WMX-JN58 Einplatinencomputers. Von Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

Das PocketBeagle-SC-569 Modul ist hervorragend für einen kleinen eingebetteten Controller geeignet. Dieses Board läuft auf einem 1 GHz ARM^® Cortex-A8 mit 512 MB DDR3 RAM und ist kompatibel mit einem angepassten Debian GNU und der Cloud9 IDE auf Node.js mit einer benutzerdefinierten Bibliothek. Dieses Board ist außerdem mit einer microSD-Karte erweiterbar. Dieses Board kommt zu einem niedrigeren Preis als das vorherige Board, obwohl diesem Board die integrierte drahtlose Kommunikation fehlt. Sie können erweiterbare Anschlüsse für ein Shield-Board kaufen, das WiFi, Mobilfunk oder andere Kommunikationsprotokolle unterstützt.

Größenvergleich des PocketBeagle-SC-569. Von BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

Der PIS-0531 Einplatinencomputer ist näher am Traum eines Makers, obwohl seine Fähigkeiten ihn für intensive Rechenanwendungen wünschenswert machen, die eine schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeit und hohen Speicher erfordern. Dieses Board verfügt über einen Quad-Core 1.8 GHz ARM^® Cortex-A17 CPU, 2 GB LPDDR3 Speicher, Gigabit LAN, Bluetooth 4.0, 802.11 b/g/n Wi-Fi und 4 USB 2.0 Ports. Es beinhaltet auch einen 40-Pin-Header mit 28 GPIO-Pins.

Der Pi Supply PIS-0531 Einplatinencomputer. Aus dem PIS-0531 Datenblatt.

Die Rechenoptionen für Ihre nächsten Projekte eingebetteter Systeme enden nicht mit den hier vorgestellten Komponenten. Octopart bietet Zugang zu einer riesigen Auswahl an Einplatinencomputern und anderen Komponenten, die Sie für den Bau Ihres nächsten eingebetteten Systems benötigen. Versuchen Sie, unseren Part Selector Guide zu verwenden, um die beste Option für Ihr nächstes Produkt zu bestimmen.

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