Computadores de Placa Única como Controladores para Projetos de Sistemas Embarcados

Qualquer dispositivo de computação embarcada, seja um dispositivo móvel, parte de uma rede de sensores ou qualquer outro sistema, possui alguns requisitos específicos. Estes incluem poder de processamento, memória, capacidades de comunicação sem fio e por cobre, e interfaces de E/S para envio/recebimento de dados. Se você é um desenvolvedor de sistemas embarcados, precisará construir uma plataforma para prototipagem e produção em escala completa de seus sistemas.

No âmbito de trabalhar com placas de desenvolvimento pré-fabricadas, não estamos falando de algo como uma simples placa de microcontrolador Arduino. Essas placas podem ser usadas para tarefas mais simples de computação ou captura de dados, mas elas não têm o poder de processamento necessário para aplicações que carregam um fardo computacional extremo. Em vez disso, você vai querer usar algo mais próximo de um computador de placa única. Isso economiza alguns custos e permite que você se concentre em outros aspectos importantes do design, como experiência do usuário, rede e seu software embarcado.

Construir ou Não Construir?

Embora você possa estar tentado a desenvolver e fabricar suas próprias placas, você também pode optar por projetar sua placa em cima de um computador de placa única ou outro controlador embarcado. Construir ou comprar um controlador embarcado é um dos dilemas clássicos para qualquer designer de sistemas embarcados. Optar por construir sua própria placa de controlador oferece a oportunidade de personalizar sua placa para o fator de forma desejado, nível de integração e conjunto de componentes.

Em contraste, comprar uma placa pré-fabricada permite eliminar a despesa de projetar, prototipar, testar e produzir seu próprio controlador embarcado. As placas pré-fabricadas no mercado contêm funcionalidades significativas incorporadas diretamente na placa, permitindo que você aproveite uma plataforma de hardware pronta e totalmente funcional. Você pode então se concentrar no lado do desenvolvimento de software do seu sistema, o que pode consumir uma parte significativa de qualquer orçamento de desenvolvimento.

Métricas de Desempenho Importantes para Controladores Embarcados

Existem várias maneiras de medir o desempenho de um sistema embarcado. Algumas das mais importantes estão listadas abaixo:

• Memória embarcada: A memória em um controlador embutido vem em várias formas, incluindo RAM, Flash, EEPROM e até memória de estado sólido. Se sua placa vem apenas com uma pequena quantidade de memória e você sabe que sua aplicação é computacionalmente intensiva, então é uma boa ideia escolher um controlador embutido com um slot de expansão para cartão SD. Isso permite adicionar vários GB de memória à sua placa com uma velocidade de leitura/escrita razoavelmente rápida.
• Potência de processamento: Isso se refere simplesmente à velocidade da sua unidade de processamento, seja ela um FPGA, GPU ou CPU. Muitas placas disponíveis comercialmente oferecem taxas de processamento em GHz com um custo razoável.
• Conectividade: Isso abrange tudo, desde GPIO, USB, UART, Ethernet e outros protocolos sobre cobre. HDMI também pode ser desejado se o seu sistema for interfacear com uma unidade de exibição externa. Isso também pode incluir capacidades sem fio como WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa ou outros protocolos.
• Extensibilidade: Isso está relacionado à conectividade de certa forma, pois você pode querer adicionar alguns outros módulos ao seu controlador que forneçam a funcionalidade desejada. Se você está conectando seu sistema a outros dispositivos, certifique-se de verificar a compatibilidade dos conectores ao projetar seu sistema.

Processadores para sistemas embutidos que operam em altas velocidades de MHz a GHz podem consumir energia significativa, deixando seu sistema vulnerável a desligamentos no caso de não poder acessar energia de reserva. Isso também deve ser considerado durante o projeto, e você deve calcular o tamanho da bateria necessário para manter seu controlador online pelo tempo requerido. O grande benefício de usar um controlador embutido pré-fabricado ou um computador de placa única é que eles já contêm o circuito regulador de energia necessário, e você só precisa se preocupar com o consumo de energia.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

O módulo CC-SBE-WMX-JN58 da Digi International é construído em um CPU de 528 MHz da NXP Semiconductor com 256 MB de RAM DDR3 embarcada. Esta placa contém numerosos conectores para interfaceamento com outros módulos, um slot microSD para armazenamento expandido, portas USB e Ethernet, e outras opções de conectividade (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). A memória expansível e as capacidades sem fio (WiFi e Bluetooth 4.2) fornecidas por este controlador o tornam ideal para aplicações embutidas com baixo ônus computacional e altas demandas de armazenamento de dados. Alguns exemplos incluem captura remota de imagens e monitoramento de sensores em tempo real.

Fotografia do computador de placa única CC-SBE-WMX-JN58. De Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

O módulo PocketBeagle-SC-569 é excelente para um pequeno controlador embutido. Esta placa funciona com um ARM^® Cortex-A8 de 1 GHz com 512 MB de RAM DDR3 e é compatível com um Debian GNU personalizado e o Cloud9 IDE em Node.js com uma biblioteca personalizada. Esta placa também é expansível com um cartão microSD. Esta placa tem um preço mais baixo que a placa anterior, embora esta não possua comunicação sem fio integrada. Você pode adquirir conectores expansíveis para uma placa de expansão que suportará WiFi, celular ou outro protocolo de comunicação.

Comparação de tamanho do PocketBeagle-SC-569. Da BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

O computador de placa única PIS-0531 está mais próximo do sonho de um maker, embora suas capacidades o tornem desejável para aplicações de computação intensa que requerem alta velocidade de processamento e muita memória. Esta placa possui um CPU Quad core ARM^® Cortex-A17 de 1.8 GHz, 2 GB de memória LPDDR3, LAN Gigabit, Bluetooth 4.0, Wi-Fi 802.11 b/g/n e 4 portas USB 2.0. Também inclui um cabeçalho de 40 pinos com 28 pinos GPIO.

O computador de placa única Pi Supply PIS-0531. Do datasheet do PIS-0531.

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