Máy tính bảng đơn như Bộ điều khiển cho các Dự án Hệ thống Nhúng

Mọi thiết bị tính toán nhúng, dù là thiết bị di động, phần của mạng cảm biến, hay bất kỳ hệ thống nào khác, đều mang theo một số yêu cầu cụ thể. Những yêu cầu này bao gồm sức mạnh xử lý, bộ nhớ, khả năng giao tiếp không dây và bằng đồng, và các giao diện I/O để gửi/nhận dữ liệu. Nếu bạn là một nhà phát triển hệ thống nhúng, bạn sẽ cần xây dựng một nền tảng cho việc chế tạo mẫu và sản xuất quy mô lớn của hệ thống của mình.

Trong lĩnh vực làm việc với các bảng phát triển sẵn, chúng ta không nói về cái gì đó giống như một bảng microcontroller Arduino đơn giản. Những bảng này có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ tính toán hoặc thu thập dữ liệu đơn giản, nhưng chúng không có sức mạnh xử lý cần thiết cho các ứng dụng mang gánh nặng tính toán cực lớn. Thay vào đó, bạn sẽ muốn sử dụng cái gì đó gần hơn với một máy tính bảng đơn. Điều này giúp bạn tiết kiệm một số chi phí và cho phép bạn tập trung vào các khía cạnh thiết kế quan trọng khác, như trải nghiệm người dùng, mạng lưới, và phần mềm nhúng của bạn.

Xây dựng hay Không Xây dựng?

Mặc dù bạn có thể bị cám dỗ để phát triển và sản xuất bảng của riêng mình, bạn cũng có thể đi theo hướng thiết kế bảng của mình trên cơ sở của một máy tính bảng đơn hoặc bộ điều khiển nhúng khác. Xây dựng hoặc mua một bộ điều khiển nhúng là một trong những bài toán cổ điển cho bất kỳ nhà thiết kế hệ thống nhúng nào. Đi theo hướng xây dựng bảng điều khiển của riêng bạn cho bạn cơ hội tùy chỉnh bảng của mình theo kích thước mong muốn, mức độ tích hợp, và bộ phận cụ thể.

Ngược lại, mua một bảng sẵn có cho phép bạn loại bỏ chi phí thiết kế, chế tạo mẫu, kiểm tra, và sản xuất bộ điều khiển nhúng của riêng bạn. Các bảng sẵn có trên thị trường chứa đựng đáng kể chức năng được xây dựng trực tiếp vào bảng, cho phép bạn tận dụng một nền tảng phần cứng sẵn sàng, hoàn toàn chức năng. Bạn có thể sau đó tập trung vào phần phát triển phần mềm của hệ thống, có thể tiêu thụ một phần đáng kể của bất kỳ ngân sách phát triển nào.

Các Chỉ số Hiệu suất Quan trọng của Bộ Điều Khiển Nhúng

Có một số cách để đo lường hiệu suất của một hệ thống nhúng. Một số chỉ số quan trọng nhất được liệt kê dưới đây:

• Bộ nhớ trên bo: Bộ nhớ trên một bộ điều khiển nhúng có thể bao gồm nhiều dạng như RAM, Flash, EEPROM và cả bộ nhớ thể rắn. Nếu bo mạch của bạn chỉ được trang bị sẵn một lượng nhỏ bộ nhớ và bạn biết ứng dụng của mình cần nhiều tính toán, thì việc chọn một bộ điều khiển nhúng có khe cắm thẻ SD là ý tưởng tốt. Điều này cho phép bạn thêm nhiều GB bộ nhớ vào bo mạch với tốc độ đọc/ghi khá nhanh.
• Sức mạnh xử lý: Đơn giản là tốc độ của đơn vị xử lý, dù đó là FPGA, GPU, hay CPU. Nhiều bo mạch có sẵn trên thị trường cung cấp tốc độ xử lý GHz với chi phí hợp lý.
• Kết nối: Điều này bao gồm mọi thứ từ GPIO, USB, UART, Ethernet, và các giao thức khác trên đồng. HDMI cũng có thể được mong muốn nếu hệ thống của bạn sẽ kết nối với đơn vị hiển thị bên ngoài. Điều này cũng bao gồm khả năng kết nối không dây như WiFi, Bluetooth, GPS, LoRa, hoặc các giao thức khác.
• Khả năng mở rộng: Điều này liên quan đến kết nối ở một mức độ nào đó trong việc bạn có thể muốn thêm một số mô-đun khác vào bộ điều khiển của mình để cung cấp chức năng mong muốn. Nếu bạn đang kết nối hệ thống của mình với các thiết bị khác, hãy chắc chắn kiểm tra tính tương thích của kết nối khi thiết kế hệ thống của bạn.

Các bộ xử lý cho hệ thống nhúng chạy ở tốc độ MHz đến GHz cao có thể tiêu thụ năng lượng đáng kể, khiến hệ thống của bạn dễ bị tắt trong trường hợp không thể truy cập nguồn điện dự phòng. Điều này cũng nên được xem xét trong quá trình thiết kế, và bạn nên tính toán kích thước pin cần thiết để giữ cho bộ điều khiển của bạn hoạt động trong thời gian cần thiết. Điều tuyệt vời khi sử dụng một bộ điều khiển nhúng hoặc máy tính bảng đơn đã được làm sẵn là chúng đã chứa sẵn mạch điều chỉnh nguồn điện cần thiết, và bạn chỉ cần lo lắng về việc tiêu thụ năng lượng.

Digi International CC-SBE-WMX-JN58

Module CC-SBE-WMX-JN58 từ Digi International được xây dựng trên CPU 528 MHz từ NXP Semiconductor với 256 MB RAM DDR3 trên bo. Bo mạch này chứa nhiều kết nối để giao tiếp với các mô-đun khác, khe cắm microSD cho bộ nhớ mở rộng, cổng USB và Ethernet, và các tùy chọn kết nối khác (ADC, GPIO, I2C, JTAG, PWM, SPI, UART). Bộ nhớ mở rộng và khả năng kết nối không dây (WiFi và Bluetooth 4.2) mà bộ điều khiển này cung cấp làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng nhúng với gánh nặng tính toán thấp và nhu cầu lưu trữ dữ liệu cao. Một số ví dụ bao gồm chụp ảnh từ xa và giám sát cảm biến thời gian thực.

Ảnh của máy tính bảng đơn CC-SBE-WMX-JN58. Từ Digi International.

BeagleBoard PocketBeagle-SC-569

Module PocketBeagle-SC-569 là một lựa chọn xuất sắc cho một bộ điều khiển nhúng nhỏ. Bo mạch này chạy trên một CPU ARM^® Cortex-A8 1 GHz với RAM DDR3 512 MB và tương thích với Debian GNU tùy chỉnh và Cloud9 IDE trên Node.js với một thư viện tùy chỉnh. Bo mạch này cũng có thể mở rộng với thẻ microSD. Bo mạch này có giá thấp hơn so với bo mạch trước, mặc dù bo mạch này không có tích hợp kết nối không dây. Bạn có thể mua các kết nối mở rộng cho một bo mạch giáp sẽ hỗ trợ WiFi, di động, hoặc các giao thức truyền thông khác.

So sánh kích thước của PocketBeagle-SC-569. Từ BeagleBoard.

Pi Supply PIS-0531

Máy tính đơn bảng PIS-0531 gần gũi với giấc mơ của người làm, mặc dù khả năng của nó làm cho nó trở nên đáng mong muốn cho các ứng dụng tính toán cường độ cao đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh và bộ nhớ lớn. Bo mạch này có CPU Quad core ARM^® Cortex-A17 1.8 GHz, bộ nhớ LPDDR3 2 GB, LAN Gigabit, Bluetooth 4.0, Wi-Fi 802.11 b/g/n, và 4 cổng USB 2.0. Nó cũng bao gồm một header 40-pin với 28 pin GPIO.

Máy tính đơn bảng Pi Supply PIS-0531. Từ bảng dữ liệu PIS-0531.

Các lựa chọn tính toán cho dự án hệ thống nhúng tiếp theo của bạn không dừng lại ở các thành phần được trình bày ở đây. Octopart cung cấp quyền truy cập vào một phạm vi rộng lớn các máy tính đơn bảng và các thành phần khác bạn sẽ cần để xây dựng hệ thống nhúng tiếp theo của mình. Hãy thử sử dụng hướng dẫn Chọn Phần của chúng tôi để xác định lựa chọn tốt nhất cho sản phẩm tiếp theo của bạn.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.