Ordinateurs monocartes comme contrôleurs pour les projets de systèmes embarqués

Tout dispositif informatique embarqué, qu'il s'agisse d'un appareil mobile, d'une partie d'un réseau de capteurs, ou de tout autre système, présente des exigences spécifiques. Celles-ci incluent la puissance de traitement, la mémoire, les capacités de communication sans fil et par cuivre, ainsi que les interfaces E/S pour l'envoi/réception de données. Si vous êtes un développeur de systèmes embarqués, vous aurez besoin de construire une plateforme pour le prototypage et la production à grande échelle de vos systèmes.

Dans le domaine du travail avec des cartes de développement préfabriquées, nous ne parlons pas de quelque chose comme une simple carte microcontrôleur Arduino. Ces cartes peuvent être utilisées pour des tâches de calcul ou de capture de données plus simples, mais elles n'ont pas la puissance de traitement requise pour des applications qui comportent un fardeau computationnel extrême. Au lieu de cela, vous voudrez utiliser quelque chose de plus proche d'un ordinateur à carte unique. Cela vous permet d'économiser certains coûts et vous laisse vous concentrer sur d'autres aspects importants de la conception, tels que l'expérience utilisateur, le réseau et votre logiciel embarqué.

Construire ou ne pas construire ?

Bien que vous puissiez être tenté de développer et de fabriquer vos propres cartes, vous pouvez également choisir la voie de la conception de votre carte sur la base d'un ordinateur à carte unique ou d'un autre contrôleur embarqué. Construire ou acheter un contrôleur embarqué est l'un des dilemmes classiques pour tout concepteur de systèmes embarqués. Prendre la voie de la construction de votre propre carte de contrôleur vous donne l'opportunité de personnaliser votre carte au format souhaité, au niveau d'intégration et à l'ensemble de composants.

En revanche, acheter une carte préfabriquée vous permet d'éliminer les dépenses de conception, de prototypage, de test et de production de votre propre contrôleur embarqué. Les cartes préfabriquées sur le marché contiennent une fonctionnalité significative intégrée directement dans la carte, vous permettant de profiter d'une plateforme matérielle prête à l'emploi et entièrement fonctionnelle. Vous pouvez alors vous concentrer sur le côté développement logiciel de votre système, qui peut consommer une portion significative de tout budget de développement.

Métriques de performance importantes pour les contrôleurs embarqués

Il existe de nombreuses façons de mesurer la performance d'un système embarqué. Certaines des plus importantes sont listées ci-dessous :

• Mémoire embarquée : La mémoire sur un contrôleur embarqué se présente sous plusieurs formes, y compris la RAM, la Flash, l'EEPROM, et même la mémoire à état solide. Si votre carte est uniquement livrée avec une petite quantité de mémoire et que vous savez que votre application est computationnellement intensive, alors il est judicieux de choisir un contrôleur embarqué avec un slot d'expansion pour carte SD. Cela vous permet d'ajouter plusieurs Go de mémoire à votre carte avec une vitesse de lecture/écriture raisonnablement rapide.
• Puissance de traitement : Il s'agit simplement de la vitesse de votre unité de traitement, qu'il s'agisse d'un FPGA, d'un GPU ou d'un CPU. De nombreuses cartes disponibles commercialement offrent des taux de traitement en GHz à un coût raisonnable.
• Connectivité : Cela couvre tout, depuis les GPIO, USB, UART, Ethernet, et d'autres protocoles sur cuivre. Le HDMI peut également être souhaité si votre système doit interfacer avec une unité d'affichage externe. Cela peut également inclure des capacités sans fil comme le WiFi, le Bluetooth, le GPS, le LoRa, ou d'autres protocoles.
• Extensibilité : Cela est lié à la connectivité dans le sens où vous pourriez vouloir ajouter d'autres modules à votre contrôleur qui fournissent la fonctionnalité désirée. Si vous connectez votre système à d'autres dispositifs, assurez-vous de vérifier la compatibilité des connecteurs lors de la conception de votre système.

Les processeurs pour systèmes embarqués qui fonctionnent à des vitesses de MHz à GHz peuvent consommer une puissance significative, laissant votre système vulnérable à l'arrêt dans l'événement où il ne peut pas accéder à une alimentation de secours. Cela devrait également être considéré lors de la conception, et vous devriez calculer la taille de la batterie requise pour maintenir votre contrôleur en ligne pour la durée requise. L'avantage d'utiliser un contrôleur embarqué préfabriqué ou un ordinateur à carte unique est qu'ils contiennent déjà le circuit de régulation de puissance requis, et vous n'avez qu'à vous soucier de la consommation d'énergie.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

Le module CC-SBE-WMX-JN58 de Digi International est construit sur un CPU de 528 MHz de NXP Semiconductor avec 256 Mo de RAM DDR3 embarquée. Cette carte contient de nombreux connecteurs pour l'interfaçage avec d'autres modules, un slot microSD pour le stockage étendu, des ports USB et Ethernet, et d'autres options de connectivité (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). La mémoire extensible et les capacités sans fil (WiFi et Bluetooth 4.2) fournies par ce contrôleur le rendent idéal pour les applications embarquées avec un faible fardeau computationnel et de grands besoins de stockage de données. Quelques exemples incluent la capture d'image à distance et la surveillance de capteurs en temps réel.

Photographie de l'ordinateur à carte unique CC-SBE-WMX-JN58. De Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

Le module PocketBeagle-SC-569 est excellent pour un petit contrôleur embarqué. Cette carte fonctionne avec un processeur ARM^® Cortex-A8 de 1 GHz avec 512 Mo de RAM DDR3 et est compatible avec un Debian GNU personnalisé et l'IDE Cloud9 sur Node.js avec une bibliothèque personnalisée. Cette carte est également extensible avec une carte microSD. Cette carte est proposée à un prix inférieur à celui de la carte précédente, bien qu'elle ne dispose pas de communication sans fil intégrée. Vous pouvez acheter des connecteurs extensibles pour une carte d'extension qui prendra en charge le WiFi, la téléphonie cellulaire ou d'autres protocoles de communication.

Comparaison de taille du PocketBeagle-SC-569. De BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

Le PIS-0531 ordinateur monocarte se rapproche du rêve des bricoleurs, bien que ses capacités le rendent désirable pour des applications informatiques intenses nécessitant une vitesse de traitement rapide et une grande mémoire. Cette carte est équipée d'un processeur Quad core ARM^® Cortex-A17 de 1,8 GHz, 2 Go de mémoire LPDDR3, LAN Gigabit, Bluetooth 4.0, Wi-Fi 802.11 b/g/n et 4 ports USB 2.0. Elle inclut également un connecteur 40 broches avec 28 broches GPIO.

L'ordinateur monocarte Pi Supply PIS-0531. D'après la fiche technique PIS-0531.

Les options informatiques pour vos prochains projets de systèmes embarqués ne se limitent pas aux composants présentés ici. Octopart offre un accès à une vaste gamme d'ordinateurs monocartes et d'autres composants dont vous aurez besoin pour construire votre prochain système embarqué. Essayez d'utiliser notre guide de sélection de pièces pour déterminer la meilleure option pour votre prochain produit.

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