Computer su Scheda Singola come Controllori per Progetti di Sistemi Embedded

Qualsiasi dispositivo di computing integrato, che si tratti di un dispositivo mobile, parte di una rete di sensori, o di qualsiasi altro sistema, presenta alcuni requisiti specifici. Questi includono potenza di elaborazione, memoria, capacità di comunicazione wireless e via cavo, e interfacce I/O per l'invio/ricezione di dati. Se sei uno sviluppatore di sistemi integrati, avrai bisogno di costruire una piattaforma per il prototipaggio e la produzione su larga scala dei tuoi sistemi.

Nel regno del lavoro con schede di sviluppo pre-fabbricate, non stiamo parlando di qualcosa come una semplice scheda microcontrollore Arduino. Queste schede possono essere utilizzate per compiti di calcolo o cattura dati più semplici, ma non hanno la potenza di elaborazione richiesta per applicazioni che comportano un onere computazionale estremo. Invece, vorrai utilizzare qualcosa di più vicino a un computer su una singola scheda. Questo ti permette di risparmiare alcuni costi e ti consente di concentrarti su altri aspetti importanti del design, come l'esperienza utente, la rete e il tuo software integrato.

Costruire o Non Costruire?

Sebbene tu possa essere tentato di sviluppare e produrre le tue proprie schede, puoi anche scegliere la strada di progettare la tua scheda su un computer su una singola scheda o altro controller integrato. Costruire o acquistare un controller integrato è uno dei dilemmi classici per qualsiasi progettista di sistemi integrati. Scegliere la strada di costruire la propria scheda di controllo ti dà l'opportunità di personalizzare la tua scheda secondo il fattore di forma desiderato, il livello di integrazione e l'insieme di componenti.

Al contrario, acquistare una scheda pre-fabbricata ti permette di eliminare la spesa di progettazione, prototipazione, test e produzione del tuo controller integrato. Le schede pre-fabbricate sul mercato contengono significative funzionalità integrate direttamente nella scheda, permettendoti di sfruttare una piattaforma hardware pronta all'uso e completamente funzionale. Puoi quindi concentrarti sul lato dello sviluppo software del tuo sistema, che può consumare una parte significativa di qualsiasi budget di sviluppo.

Importanti Metriche di Prestazione dei Controller Integrati

Ci sono diversi modi per misurare le prestazioni di un sistema integrato. Alcuni dei più importanti sono elencati di seguito:

• Memoria integrata: La memoria in un controller embedded si presenta in diverse forme, tra cui RAM, Flash, EEPROM e anche memoria a stato solido. Se la tua scheda viene fornita solo con una piccola quantità di memoria e sai che la tua applicazione è computazionalmente intensiva, allora è una buona idea scegliere un controller embedded con uno slot di espansione per schede SD. Questo ti permette di aggiungere alla tua scheda diversi GB di memoria con una velocità di lettura/scrittura ragionevolmente veloce.
• Potenza di elaborazione: Si tratta semplicemente della velocità della tua unità di elaborazione, che sia un FPGA, un GPU o un CPU. Molte schede disponibili commercialmente offrono velocità di elaborazione in GHz a un costo ragionevole.
• Connettività: Questo comprende tutto, dai GPIO, USB, UART, Ethernet e altri protocolli su rame. L'HDMI potrebbe anche essere desiderato se il tuo sistema dovrà interfacciarsi con un'unità di visualizzazione esterna. Questo può includere anche capacità wireless come WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa o altri protocolli.
• Estensibilità: Questo è correlato alla connettività in quanto potresti voler aggiungere altri moduli al tuo controller che forniscono la funzionalità desiderata. Se stai collegando il tuo sistema ad altri dispositivi, assicurati di controllare la compatibilità dei connettori quando progetti il tuo sistema.

I processori per sistemi embedded che funzionano ad alte velocità in MHz fino a GHz possono consumare una quantità significativa di energia, lasciando il tuo sistema vulnerabile allo spegnimento nel caso in cui non possa accedere all'alimentazione di riserva. Questo dovrebbe essere considerato anche durante la progettazione, e dovresti calcolare la dimensione della batteria necessaria per mantenere il tuo controller online per la durata richiesta. La grande cosa dell'uso di un controller embedded pre-fabbricato o di un computer su scheda singola è che contengono già i circuiti di regolazione dell'alimentazione richiesti, e devi solo preoccuparti del consumo di energia.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

Il modulo CC-SBE-WMX-JN58 di Digi International è basato su un CPU da 528 MHz di NXP Semiconductor con 256 MB di RAM DDR3 integrata. Questa scheda contiene numerosi connettori per l'interfacciamento con altri moduli, uno slot microSD per l'espansione della memoria, porte USB ed Ethernet e altre opzioni di connettività (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). La memoria espandibile e le capacità wireless (WiFi e Bluetooth 4.2) fornite da questo controller lo rendono ideale per applicazioni embedded con basso carico computazionale e alte esigenze di archiviazione dati. Alcuni esempi includono la cattura di immagini a distanza e il monitoraggio in tempo reale dei sensori.

Fotografia del computer su scheda singola CC-SBE-WMX-JN58. Da Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

Il modulo PocketBeagle-SC-569 è eccellente per un piccolo controller embedded. Questa scheda funziona con un ARM^® Cortex-A8 da 1 GHz con 512 MB di RAM DDR3 ed è compatibile con un Debian GNU personalizzato e l'IDE Cloud9 su Node.js con una libreria personalizzata. Questa scheda è inoltre espandibile con una scheda microSD. Questa scheda ha un prezzo inferiore rispetto alla scheda precedente, anche se manca di comunicazione wireless integrata. È possibile acquistare connettori espandibili per una scheda shield che supporterà WiFi, cellulare o altri protocolli di comunicazione.

Confronto delle dimensioni del PocketBeagle-SC-569. Da BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

Il computer a scheda singola PIS-0531 si avvicina al sogno di un maker, sebbene le sue capacità lo rendano desiderabile per applicazioni di computing intenso che richiedono velocità di elaborazione veloce e alta memoria. Questa scheda dispone di un CPU Quad core ARM^® Cortex-A17 da 1.8 GHz, 2 GB di memoria LPDDR3, LAN Gigabit, Bluetooth 4.0, Wi-Fi 802.11 b/g/n e 4 porte USB 2.0. Include anche un header a 40 pin con 28 pin GPIO.

Il computer a scheda singola Pi Supply PIS-0531. Dal datasheet PIS-0531.

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