Rapid Prototyping von industriellen Systemen in Produktionsqualität
Viele Entwicklungsteams starten jetzt Designprojekte mit Entwicklungskits (Entwicklungskits), die Kernsystemkomponenten, eine grundlegende Firmware-Infrastruktur und unterstützende Dokumentation enthalten, um den Prototyping-Prozess zu beschleunigen. Und zum größten Teil sind diese Kits unglaublich günstig. Während Entwickler-Kits Engineering-Teams dabei helfen können, einen Vorsprung bei ihren Software-Stacks zu erlangen, können sie später auch ein Anker für Ingenieure für eingebettete Hardware und Firmware sein, weil:
- Die meisten Board-Komponenten werden im endgültigen Design nicht genutzt, insbesondere wenn das System für gewerbliche oder industrielle Märkte entwickelt wird.
- Jeder auf dem Kit entwickelte Code muss für das Produktionssystem optimiert werden.
Warum also nicht ein Produktionsqualitätssystem für den Prototyping-Prozess verwenden?
Rapid Prototyping von industriellen Systemen in Produktionsqualität
Die vorherige Frage ist nur etwas rhetorisch. Die offensichtliche Antwort ist, dass handelsübliche Hardware viel mehr kostet, als Sie normalerweise zum Basteln ausgeben würden, und dass die Hardware für eine bestimmte Endanwendung angepasst werden muss.
Es gibt jedoch eine Hardwareoption, die Produktionsqualität und Designflexibilität miteinander verbindet: das Computer-on-Module (COM). COMs verwenden eine Zwei-Karten-Architektur, die aus einer anwendungsspezifischen Trägerkarte mit allen E / A-Anforderungen eines Systems und einem Rechenmodul besteht, das in den Träger eingesteckt wird, um Verarbeitung, Speicher, E / A-Controller und dergleichen bereitzustellen ( Abbildung 1).
Der Vorteil dieses Ansatzes für kommerzielle Systeme besteht darin, dass Unternehmen vor Veralterung der Hardware geschützt werden, da ein älteres Prozessormodul ein Jahr oder sogar Jahrzehnte nach der ersten Bereitstellung durch ein neues und verbessertes ersetzt werden kann. In diesen Szenarien wird die Vorwärts- und Rückwärtskompatibilität durch Industriestandards wie PICMG COM Express, Qseven und SGET SMARC sichergestellt.
Aber was ist mit dem Prototyping?
ADLINK I-Pi ist eine industrielle IoT-Prototyping-Plattform, die Komponenten in Produktionsqualität, extreme Software-Portabilität und Raspberry Pi-ähnliche Flexibilität und Erweiterung in einem COM-Formfaktor kombiniert. Basierend auf dem oben abgebildeten SMARC-Modul LEC-IMX8MP entspricht der I-Pi der SMARC 2.1-Spezifikation, die ein kompaktes Modul von 82 mm x 50 mm definiert.
Die Plattform unterstützt Betriebstemperaturen von -40 ° C bis + 85 ° C, Stoß- und Vibrationstoleranzen gemäß IEC 60068-2-27 / 64 und MIL-STD-202 F und integriert USB- und PCI-Schalter direkt am Prozessormodul (sofern das Modul vorhanden ist) Der Host-Prozessor unterstützt PCIe), um die Designkosten für Trägerplatinen zu senken (Abbildung 2).
Portabilität für das Prototyping
Der LEC-IMX8MP im Herzen des I-Pi SMARC Plus beherbergt ein Arm Cortex-A53-basiertes NXP i.MX8M Plus Quad-Core-System auf dem Chip mit optionaler In-SoC Neural Processing Unit (NPU) und bis zu 8 GB Speicher . Signale von zwei GbE-LANs, zwei USB 3.0-Anschlüssen, drei USB 2.0-Anschlüssen und einem USB 2.0-OTG-Anschluss, einem vierspurigen MIPI-DSI, einem vierspurigen MIPI-CSI und einem zweispurigen MIPI-CSI sowie CAN, SPI, UART und Serielle I2C-Schnittstellen werden über den MXM 3.0-Anschluss zur und von der I-Pi-Trägerplatine übertragen.
Der I-Pi kann auch SMARC-Module mit Prozessoren unterstützen, die so fortschrittlich sind wie die neuesten Intel Elkhart Lake-Prozessoren. Auf diese Weise können Ingenieure problemlos ein Modul gegen ein anderes austauschen und dabei verschiedene Funktionen oder Leistungsstufen bewerten. PCI-Entkopplungskondensatoren und Verriegelungen an ADLINK SMARC-Modulen erleichtern das Austauschen von Modulen. Ein Ingenieur muss also nur sicherstellen, dass die Leiterbahnen auf der Trägerplatine ausgerichtet sind.
Die einzigen Hochgeschwindigkeitssignale auf der Trägerplatine des Kits sind PCI Express und HDMI, wodurch die Komplexität der Plattform verringert wird, sodass Ingenieure verschiedene Module problemlos bewerten können, ohne die grundlegende Hardware-Infrastruktur neu entwickeln zu müssen. Diese Schnittstellen können in einer optimierten anwendungsspezifischen Trägerplatine geändert, hinzugefügt oder von dieser subtrahiert werden, sobald die Entwurfsanforderungen später festgelegt sind. Natürlich führen Hardwaremodifikationen zu Codemodifikationen. Der Übergang zwischen einer Arm-basierten Computerarchitektur und einem Intel-basierten Prozessormodul wie beim I-Pi bedeutet in der Regel ein vollständiges Software-Redesign.
Im Fall des I-Pi hat ADLINK die MRAA-Hardware-Abstraktionsschicht (HAL) beauftragt, diese Überarbeitung zu umgehen. MRAA ist eine Open-Source-C / C ++ - Bibliothek mit Java-, JavaScript- und Python-Integrationen, mit der Software von einer Plattform auf eine andere portiert werden kann - sogar SMARC-Module mit unterschiedlichen Prozessortypen (Abbildung 3). MRAA wurde von Intel entwickelt und bietet Treiber und APIs, mit denen Ingenieure Module, Sensor-HATs und sogar Portcode, die in Arduino- oder Raspberry Pi-Umgebungen geschrieben wurden, ohne Nacharbeit auf dem I-Pi ersetzen können.
Schnellere Zeit bis zur Industriequalität
Kosten und Time-to-Market sind in der Elektronikbranche das A und O. Tatsächlich gaben 46,8 Prozent der Befragten einer kürzlich von Embedded & IoT Technologist durchgeführten Umfrage unter professionellen Ingenieuren an, dass „aggressive Zeitpläne“ oder „im Budget bleiben“ die herausforderndsten Aspekte ihrer Arbeit waren.
Der modulare Ansatz des I-Pi in Bezug auf Hardware und Software behebt beide Probleme in der Prototyping-Phase, indem die Zugänglichkeit von Plattformen wie Raspberry Pi und Arduino mit der Robustheit eines industriellen COM verbunden wird. Durch die Zusammenarbeit mit einem COM in Produktionsqualität von Anfang an können Ingenieure in späteren Entwurfsphasen Zeit und Geld sparen.
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