Ordenadores de Placa Única como Controladores para Proyectos de Sistemas Embebidos

Cualquier dispositivo de computación integrada, ya sea un dispositivo móvil, parte de una red de sensores, o cualquier otro sistema, lleva consigo algunos requisitos específicos. Estos incluyen potencia de procesamiento, memoria, capacidades de comunicación inalámbrica y por cobre, e interfaces de entrada/salida para enviar/recibir datos. Si eres un desarrollador de sistemas integrados, necesitarás construir una plataforma para el prototipado y la producción a gran escala de tus sistemas.

En el ámbito de trabajar con placas de desarrollo prefabricadas, no estamos hablando de algo como una simple placa microcontroladora Arduino. Estas placas pueden usarse para tareas de computación o captura de datos más simples, pero no tienen la potencia de procesamiento requerida para aplicaciones que llevan una carga computacional extrema. En su lugar, querrás usar algo más cercano a una computadora de placa única. Esto te ahorra algunos costos y te permite concentrarte en otros aspectos importantes del diseño, como la experiencia del usuario, la red y tu software integrado.

¿Construir o No Construir?

Aunque podrías estar tentado a desarrollar y fabricar tus propias placas, también puedes optar por diseñar tu placa sobre una computadora de placa única u otro controlador integrado. Construir o comprar un controlador integrado es uno de los dilemas clásicos para cualquier diseñador de sistemas integrados. Optar por construir tu propia placa de control te da la oportunidad de personalizar tu placa al factor de forma deseado, nivel de integración y conjunto de componentes.

En contraste, comprar una placa prefabricada te permite eliminar el gasto de diseñar, prototipar, probar y producir tu propio controlador integrado. Las placas prefabricadas en el mercado contienen una funcionalidad significativa incorporada directamente en la placa, lo que te permite aprovechar una plataforma de hardware lista para usar y completamente funcional. Luego puedes concentrarte en el lado del desarrollo de software de tu sistema, lo cual puede consumir una porción significativa de cualquier presupuesto de desarrollo.

Métricas de Rendimiento Importantes para Controladores Integrados

Hay varias maneras de medir el rendimiento de un sistema integrado. Algunas de las más importantes se enumeran a continuación:

• Memoria a bordo: La memoria en un controlador embebido viene en varias formas, incluyendo RAM, Flash, EEPROM e incluso memoria de estado sólido. Si tu placa solo viene preempaquetada con una pequeña cantidad de memoria y sabes que tu aplicación es computacionalmente intensiva, entonces es una buena idea elegir un controlador embebido con una ranura de expansión para tarjeta SD. Esto te permite agregar varios GB de memoria a tu placa con una velocidad de lectura/escritura razonablemente rápida.
• Potencia de procesamiento: Esto es simplemente la velocidad de tu unidad de procesamiento, ya sea un FPGA, GPU o CPU. Muchas placas disponibles comercialmente ofrecen tasas de procesamiento en GHz a un costo razonable.
• Conectividad: Esto abarca todo, desde GPIO, USB, UART, Ethernet y otros protocolos sobre cobre. HDMI también puede ser deseado si tu sistema se va a conectar con una unidad de visualización externa. Esto también puede incluir capacidades inalámbricas como WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa u otros protocolos.
• Extensibilidad: Esto está relacionado con la conectividad en el sentido de que podrías querer agregar algunos otros módulos a tu controlador que proporcionen la funcionalidad deseada. Si estás conectando tu sistema a otros dispositivos, asegúrate de verificar la compatibilidad de los conectores al diseñar tu sistema.

Los procesadores para sistemas embebidos que funcionan a altas velocidades de MHz a GHz pueden consumir una cantidad significativa de energía, dejando tu sistema vulnerable a apagarse en el evento de que no pueda acceder a energía de respaldo. Esto también debe considerarse durante el diseño, y debes calcular el tamaño de la batería requerido para mantener tu controlador en línea durante la duración requerida. Lo grandioso de usar un controlador embebido prefabricado o una computadora de placa única es que ya contienen el circuito de regulación de energía requerido, y solo necesitas preocuparte por el consumo de energía.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

El módulo CC-SBE-WMX-JN58 de Digi International está construido sobre un CPU de 528 MHz de NXP Semiconductor con 256 MB de RAM DDR3 a bordo. Esta placa contiene numerosos conectores para la interfaz con otros módulos, una ranura microSD para almacenamiento expandido, puertos USB y Ethernet, y otras opciones de conectividad (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). La memoria expandible y las capacidades inalámbricas (WiFi y Bluetooth 4.2) proporcionadas por este controlador lo hacen ideal para aplicaciones embebidas con baja carga computacional y altas demandas de almacenamiento de datos. Algunos ejemplos incluyen la captura de imágenes remota y el monitoreo de sensores en tiempo real.

Fotografía de la computadora de placa única CC-SBE-WMX-JN58. De Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

El módulo PocketBeagle-SC-569 es excelente para un pequeño controlador embebido. Esta placa funciona con un ARM^® Cortex-A8 de 1 GHz con 512 MB de RAM DDR3 y es compatible con un Debian GNU personalizado y el IDE Cloud9 en Node.js con una biblioteca personalizada. Esta placa también es expandible con una tarjeta microSD. Esta placa tiene un precio más bajo que la placa anterior, aunque carece de comunicación inalámbrica integrada. Puedes comprar conectores expandibles para una placa de escudo que admitirá WiFi, celular u otro protocolo de comunicación.

Comparación de tamaño del PocketBeagle-SC-569. De BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

La computadora de placa única PIS-0531 está más cerca del sueño de un creador, aunque sus capacidades la hacen deseable para aplicaciones de computación intensiva que requieren alta velocidad de procesamiento y mucha memoria. Esta placa cuenta con un CPU Quad core ARM^® Cortex-A17 de 1.8 GHz, 2 GB de memoria LPDDR3, LAN Gigabit, Bluetooth 4.0, Wi-Fi 802.11 b/g/n y 4 puertos USB 2.0. También incluye un encabezado de 40 pines con 28 pines GPIO.

La computadora de placa única Pi Supply PIS-0531. Del datasheet de PIS-0531.

Las opciones de computación para tus próximos proyectos de sistemas embebidos no terminan con los componentes presentados aquí. Octopart ofrece acceso a una amplia gama de computadoras de placa única y otros componentes que necesitarás para construir tu próximo sistema embebido. Intenta usar nuestra guía de Selector de Partes para determinar la mejor opción para tu próximo producto.

Mantente al día con nuestros últimos artículos suscribiéndote a nuestro boletín.