Komputery jednopłytkowe jako kontrolery dla projektów systemów wbudowanych

Każde urządzenie obliczeniowe wbudowane, czy to urządzenie mobilne, część sieci sensorów, czy inny system, ma swoje specyficzne wymagania. Obejmują one moc obliczeniową, pamięć, możliwości komunikacji bezprzewodowej i przewodowej oraz interfejsy wejścia/wyjścia do wysyłania/odbierania danych. Jeśli jesteś programistą systemów wbudowanych, będziesz musiał zbudować platformę do prototypowania i produkcji pełnoskalowej swoich systemów.

W dziedzinie pracy z gotowymi płytami rozwojowymi, nie mówimy o czymś tak prostym jak płyta mikrokontrolera Arduino. Te płyty mogą być używane do prostszych zadań obliczeniowych lub przechwytywania danych, ale nie mają mocy obliczeniowej wymaganej dla aplikacji, które niosą ze sobą ekstremalne obciążenie obliczeniowe. Zamiast tego, będziesz chciał użyć czegoś bliższego pojedynczej płycie komputerowej. To pozwala zaoszczędzić na kosztach i pozwala skupić się na innych ważnych aspektach projektu, takich jak doświadczenie użytkownika, sieciowanie i oprogramowanie wbudowane.

Budować czy nie budować?

Chociaż możesz być kuszony, aby opracować i wyprodukować własne płyty, możesz również pójść drogą projektowania swojej płyty na bazie pojedynczej płyty komputerowej lub innego kontrolera wbudowanego. Budowanie lub kupowanie kontrolera wbudowanego to jedno z klasycznych dylematów dla każdego projektanta systemów wbudowanych. Idąc drogą budowania własnej płyty kontrolnej, masz możliwość dostosowania swojej płyty do pożądanego formatu, poziomu integracji i zestawu komponentów.

W przeciwieństwie, kupno gotowej płyty pozwala wyeliminować koszty projektowania, prototypowania, testowania i produkcji własnego kontrolera wbudowanego. Gotowe płyty na rynku zawierają znaczną funkcjonalność wbudowaną bezpośrednio w płytę, co pozwala skorzystać z gotowej, w pełni funkcjonalnej platformy sprzętowej. Możesz wtedy skupić się na stronie rozwoju oprogramowania swojego systemu, co może pochłonąć znaczną część każdego budżetu rozwojowego.

Ważne metryki wydajności kontrolera wbudowanego

Istnieje wiele sposobów na mierzenie wydajności systemu wbudowanego. Poniżej wymieniono niektóre z najważniejszych:

• Pamięć na pokładzie: Pamięć w kontrolerze wbudowanym występuje w kilku formach, w tym RAM, Flash, EEPROM, a nawet pamięć typu solid-state. Jeśli twoja płyta jest dostarczana tylko z małą ilością pamięci i wiesz, że twoja aplikacja wymaga intensywnych obliczeń, to dobrym pomysłem jest wybór kontrolera wbudowanego ze slotem na karty SD. Pozwala to dodać do twojej płyty kilka GB pamięci z rozsądną prędkością odczytu/zapisu.
• Moc obliczeniowa: Jest to po prostu prędkość twojej jednostki przetwarzającej, czy to FPGA, GPU, czy CPU. Wiele dostępnych komercyjnie płyt oferuje prędkości przetwarzania w GHz przy rozsądnych kosztach.
• Łączność: Obejmuje to wszystko, od GPIO, USB, UART, Ethernet i inne protokoły przez miedź. HDMI może być również pożądane, jeśli twój system będzie współpracować z zewnętrzną jednostką wyświetlającą. Może to również obejmować możliwości bezprzewodowe, takie jak WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa lub inne protokoły.
• Rozszerzalność: Jest to związane z łącznością w tym sensie, że możesz chcieć dodać do swojego kontrolera inne moduły zapewniające pożądaną funkcjonalność. Jeśli łączysz swój system z innymi urządzeniami, upewnij się, że sprawdzisz kompatybilność złączy podczas projektowania systemu.

Procesory dla systemów wbudowanych, które działają z prędkościami od wysokich MHz do GHz, mogą zużywać znaczną moc, pozostawiając twój system narażonym na wyłączenie się w przypadku braku dostępu do zasilania awaryjnego. Powinno to być również brane pod uwagę podczas projektowania, i powinieneś obliczyć rozmiar baterii wymagany, aby utrzymać twój kontroler online przez wymagany czas. Wspaniałą rzeczą w używaniu gotowego kontrolera wbudowanego lub komputera jednopłytkowego jest to, że już zawierają one wymagane obwody regulacji mocy, i musisz martwić się tylko o zużycie energii.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

Moduł CC-SBE-WMX-JN58 od Digi International jest zbudowany na CPU o częstotliwości 528 MHz od NXP Semiconductor z 256 MB wbudowanej pamięci DDR3 RAM. Ta płyta zawiera liczne złącza do interfejsu z innymi modułami, slot microSD dla rozszerzonej pamięci, porty USB i Ethernet oraz inne opcje łączności (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). Rozszerzalna pamięć i możliwości bezprzewodowe (WiFi i Bluetooth 4.2) dostarczane przez ten kontroler czynią go idealnym do zastosowań wbudowanych z niskim obciążeniem obliczeniowym i wysokimi wymaganiami dotyczącymi przechowywania danych. Przykłady obejmują zdalne przechwytywanie obrazu i monitorowanie sensorów w czasie rzeczywistym.

Zdjęcie komputera jednopłytkowego CC-SBE-WMX-JN58. Źródło: Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

Moduł PocketBeagle-SC-569 jest doskonały do małego kontrolera wbudowanego. Ta płyta działa na 1 GHz ARM^® Cortex-A8 z 512 MB pamięci DDR3 RAM i jest kompatybilna z dostosowanym Debian GNU oraz środowiskiem Cloud9 IDE na Node.js z własną biblioteką. Ta płyta jest również rozszerzalna za pomocą karty microSD. Ta płyta jest dostępna w niższej cenie niż poprzednia, chociaż brakuje jej zintegrowanej komunikacji bezprzewodowej. Można zakupić rozszerzalne złącza dla płyty tarczy, która będzie obsługiwać WiFi, komunikację komórkową lub inny protokół komunikacyjny.

Porównanie rozmiarów PocketBeagle-SC-569. Od BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

Pojedyncza płyta komputerowa PIS-0531 jest bliższa marzeniom twórcy, chociaż jej możliwości sprawiają, że jest pożądana do intensywnych zastosowań obliczeniowych wymagających szybkiego przetwarzania i dużej pamięci. Ta płyta zawiera czterordzeniowy procesor 1.8 GHz ARM^® Cortex-A17 CPU, 2 GB pamięci LPDDR3, Gigabit LAN, Bluetooth 4.0, Wi-Fi 802.11 b/g/n oraz 4 porty USB 2.0. Zawiera również nagłówek 40-pinowy z 28 pinami GPIO.

Pojedyncza płyta komputerowa Pi Supply PIS-0531. Z karty katalogowej PIS-0531.

Opcje obliczeniowe dla Twojego następnego projektu systemów wbudowanych nie kończą się na przedstawionych tutaj komponentach. Octopart oferuje dostęp do ogromnej gamy pojedynczych płyt komputerowych i innych komponentów, których potrzebujesz do zbudowania Twojego następnego systemu wbudowanego. Spróbuj użyć naszego przewodnika wyboru części, aby określić najlepszą opcję dla Twojego następnego produktu.

Zostań na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.