Одноплатные компьютеры в качестве контроллеров для проектов встроенных систем

Любое встраиваемое вычислительное устройство, будь то мобильное устройство, часть сенсорной сети или любая другая система, имеет определенные требования. К ним относятся вычислительная мощность, память, возможности беспроводной и проводной связи, а также интерфейсы ввода/вывода для отправки/получения данных. Если вы разработчик встраиваемых систем, вам потребуется создать платформу для прототипирования и массового производства ваших систем.

В области работы с готовыми разработческими платами мы не говорим о чем-то вроде простой платы микроконтроллера Arduino. Эти платы могут использоваться для более простых задач вычисления или сбора данных, но они не обладают вычислительной мощностью, необходимой для приложений, требующих огромных вычислительных ресурсов. Вместо этого вы захотите использовать что-то, близкое к одноплатному компьютеру. Это позволяет вам сэкономить некоторые затраты и сосредоточиться на других важных аспектах дизайна, таких как пользовательский опыт, сетевые возможности и ваше встраиваемое программное обеспечение.

Строить или не строить?

Хотя вам может быть интересно разработать и произвести свои собственные платы, вы также можете пойти по пути проектирования вашей платы на основе одноплатного компьютера или другого встраиваемого контроллера. Строить или покупать встраиваемый контроллер - одна из классических дилемм для любого разработчика встраиваемых систем. Путь создания собственной платы контроллера дает вам возможность настроить вашу плату на желаемый форм-фактор, уровень интеграции и набор компонентов.

В отличие от этого, покупка готовой платы позволяет вам избежать расходов на проектирование, прототипирование, тестирование и производство собственного встраиваемого контроллера. Готовые платы на рынке содержат значительную функциональность, встроенную непосредственно в плату, что позволяет вам воспользоваться готовой, полностью функциональной аппаратной платформой. Затем вы можете сосредоточиться на разработке программного обеспечения вашей системы, которая может потреблять значительную часть любого бюджета на разработку.

Важные показатели производительности встраиваемого контроллера

Существует множество способов измерения производительности встраиваемой системы. Ниже перечислены некоторые из самых важных:

• Встроенная память: Память на встроенном контроллере может быть разных типов, включая RAM, Flash, EEPROM и даже твердотельную память. Если ваша плата изначально поставляется только с небольшим объемом памяти и вы знаете, что ваше приложение требует интенсивных вычислений, то хорошей идеей будет выбрать встроенный контроллер со слотом для карты SD. Это позволяет добавить к вашей плате несколько ГБ памяти с приемлемой скоростью чтения/записи.
• Вычислительная мощность: Это просто скорость вашего вычислительного устройства, будь то FPGA, GPU или CPU. Многие коммерчески доступные платы предлагают скорость обработки в ГГц по разумной цене.
• Соединение: Это охватывает все, начиная от GPIO, USB, UART, Ethernet и других протоколов по медным проводам. HDMI также может быть желательным, если ваша система будет взаимодействовать с внешним дисплеем. Это также может включать беспроводные возможности, такие как WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa или другие протоколы.
• Расширяемость: Это связано с соединением в том смысле, что вы можете захотеть добавить к вашему контроллеру другие модули, предоставляющие желаемую функциональность. Если вы соединяете вашу систему с другими устройствами, обязательно проверьте совместимость разъемов при проектировании вашей системы.

Процессоры для встроенных систем, работающие на скоростях от высоких МГц до ГГц, могут потреблять значительное количество энергии, делая вашу систему уязвимой к отключению в случае, если она не сможет получить доступ к резервному питанию. Это также следует учитывать при проектировании, и вы должны рассчитать размер батареи, необходимый для поддержания работы вашего контроллера в течение требуемого времени. Прекрасно то, что при использовании готового встроенного контроллера или одноплатного компьютера они уже содержат необходимую схему регулирования питания, и вам нужно только беспокоиться о потреблении энергии.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

Модуль CC-SBE-WMX-JN58 от Digi International построен на 528 МГц CPU от NXP Semiconductor с 256 МБ встроенной DDR3 RAM. Эта плата содержит множество разъемов для взаимодействия с другими модулями, слот для карты microSD для расширенного хранения, порты USB и Ethernet, а также другие варианты подключения (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). Расширяемая память и беспроводные возможности (WiFi и Bluetooth 4.2), предоставляемые этим контроллером, делают его идеальным для встроенных приложений с низкой вычислительной нагрузкой и высокими требованиями к хранению данных. Некоторые примеры включают удаленный захват изображений и мониторинг датчиков в реальном времени.

Фотография одноплатного компьютера CC-SBE-WMX-JN58. Из Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

Модуль PocketBeagle-SC-569 отлично подходит для маленького встроенного контроллера. Эта плата работает на 1 ГГц ARM^® Cortex-A8 с 512 МБ DDR3 RAM и совместима с настраиваемым Debian GNU и Cloud9 IDE на Node.js с пользовательской библиотекой. Эта плата также расширяема с помощью карты microSD. Эта плата предлагается по более низкой цене, чем предыдущая, хотя у этой платы нет интегрированной беспроводной связи. Вы можете приобрести расширяемые коннекторы для щитовой платы, которая будет поддерживать WiFi, сотовую связь или другой коммуникационный протокол.

Сравнение размеров PocketBeagle-SC-569. От BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

Одноплатный компьютер PIS-0531 ближе к мечте создателя, хотя его возможности делают его желанным для интенсивных вычислительных приложений, требующих высокой скорости обработки и большого объема памяти. Эта плата оснащена четырехъядерным процессором 1.8 ГГц ARM^® Cortex-A17 CPU, 2 ГБ памяти LPDDR3, Gigabit LAN, Bluetooth 4.0, 802.11 b/g/n Wi-Fi и 4 портами USB 2.0. Также включает 40-контактный разъем с 28 GPIO пинами.

Одноплатный компьютер Pi Supply PIS-0531. Из данных PIS-0531.

Варианты вычислительных устройств для ваших следующих проектов встроенных систем не ограничиваются представленными здесь компонентами. Octopart предлагает доступ к огромному ассортименту одноплатных компьютеров и других компонентов, которые вам понадобятся для создания вашей следующей встроенной системы. Попробуйте использовать наше руководство по выбору компонентов, чтобы определить лучший вариант для вашего следующего продукта.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.