凌华科技I-Pi融合了Raspberry Pi和模块化计算机,可用于快速工业原型设计

生产级工业系统的快速原型制作

现在,许多工程团队正在使用开发套件(开发套件)来启动设计项目,这些套件将核心系统组件,基准固件基础结构和支持文档打包在一起,以加快原型制作过程。而且在大多数情况下,这些套件的价格非常便宜。尽管开发套件可以帮助工程团队在其软件堆栈中抢占先机,但它们也可以稍后成为嵌入式硬件和固件工程师的定位点,因为:

  • 大多数电路板组件不会在最终设计中使用,特别是如果该系统是为商业或工业市场开发的。
  • 套件上开发的任何代码都必须针对生产系统进行调整。

那么,为什么不在原型制作过程中使用生产质量系统呢?

生产级工业系统的快速原型制作

前面的问题只是有点修辞。显而易见的答案是,商业级硬件的成本要比平时花费的成本高得多,并且需要针对特定的最终应用定制硬件。

但是,存在与生产质量和设计灵活性相交的硬件选件:模块计算机(COM)。 COM利用两板架构,其中包括专用载板和系统需要的所有I / O,以及可插入载板上以提供处理,内存,I / O控制器等的计算模块(图1)。

<br />图1.诸如ADLINK LEC-IMX8MP之类的COM模块是为工业用例设计的,并包括用于恶劣环境的坚固组件。
图1.诸如ADLINK LEC-IMX8MP之类的COM模块是为工业用例设计的,并包括用于恶劣环境的坚固组件。

这种方法对商业系统的好处是,它可以保护公司免受硬件淘汰,因为在最初部署后的一年甚至几十年内,可以用新的和改进的方法来替换旧的处理器模块。在这些情况下,PICMG COM Express,Qseven和SGET SMARC等行业标准可确保向前和向后兼容。

但是原型制作呢?

凌华科技I-Pi是工业IoT原型平台,结合了生产级组件,出色的软件可移植性以及类似于Raspberry Pi的灵活性,并以COM形式扩展。基于上图所示的LEC-IMX8MP SMARC模块,I-Pi符合SMARC 2.1规范,该规范定义了紧凑的82 mm x 50 mm模块。

该平台支持-40ºC至+85ºC的工作温度,符合IEC 60068-2-27 / 64和MIL-STD-202 F的冲击和振动容限,并且还直接在处理器模块上集成了USB和PCI开关(前提是该模块的主机处理器支持PCIe)以降低载板设计成本(图2)。

<br />图2. I-Pi SMARC Plus原型平台将Raspberry Pi或Arduino的灵活性与工业级模块计算机(COM)的强大功能结合在一起。
图2. I-Pi SMARC Plus原型平台将Raspberry Pi或Arduino的灵活性与工业级模块计算机(COM)的强大功能结合在一起。

原型的可移植性

I-Pi SMARC Plus的核心LEC-IMX8MP托管了一个基于Arm Cortex-A53的NXP i.MX8M Plus四核片上系统,具有可选的SoC中神经处理单元(NPU),最大内存为8 GB 。来自两个GbE LAN,两个USB 3.0端口,三个USB 2.0端口和一个USB 2.0 OTG端口,一个四通道MIPI DSI,一个四通道MIPI CSI和一个两通道MIPI CSI的信号以及CAN,SPI,UART和I2C串行接口通过MXM 3.0连接器进出I-Pi载板。

I-Pi还能够使用最新的英特尔Elkhart Lake处理器先进的处理器来支持SMARC模块,这使工程师能够轻松地将一个模块交换为另一个模块,同时评估不同的功能或性能水平。 PCI解耦电容器和ADLINK SMARC模块上的锁使更换模块变得容易,因此工程师要做的就是确保迹线在载板上对齐。

该套件载板上唯一的高速信号是PCI Express和HDMI,这降低了平台复杂性,因此工程师可以轻松评估不同的模块,而无需重新设计基本的硬件基础架构。一旦以后确定了设计要求,就可以在优化的专用载板中修改,添加或减少这些接口。当然,硬件修改会导致代码修改。另一方面,就像您使用I-Pi一样,在基于Arm的计算体系结构和基于Intel的处理器模块之间进行转换通常意味着需要对软件进行全面的重新设计。

在I-Pi的情况下,凌华科技已邀请MRAA硬件抽象层(HAL)绕过该返工。 MRAA是具有Java,JavaScript和Python集成的开源C / C ++库,允许将软件从一个平台移植到另一个平台,甚至包括具有不同处理器类型的SMARC模块(图3)。 MRAA由英特尔开发,提供驱动程序和API,使工程师可以将模块,传感器HAT甚至用Arduino或Raspberry Pi环境编写的端口代码替换为I-Pi,而无需进行任何返工。

<br />图3.所有ADLINK SMARC模块都集成了MRAA硬件抽象层(HAL)
图3.所有ADLINK SMARC模块都集成了MRAA硬件抽象层(HAL)

更快地达到工业级

成本和上市时间是电子行业中的游戏名称。实际上,最近一次嵌入式和物联网技术专家对专业工程师的调查中,有46.8%的受访者表示,“激进的时间表”或“保持预算范围”是他们工作中最具挑战性的方面。

I-Pi的硬件和软件模块化方法通过将Raspberry Pi和Arduino等平台的可访问性与工业COM的坚固性联系起来,解决了原型开发阶段的这两个问题。通过从一开始就使用生产级COM,工程师可以在后期设计中节省时间和金钱。

要开始加速您的下一个工业级嵌入式设计,请访问 https://www.ipi.wiki/

作者:Henri Parmentier
作者:Henri Parmentier

凌华科技EPM模块产品中心高级经理