ADLINK I-Pi associe Raspberry Pi et des modules d'ordinateur pour un prototypage industriel rapide

Prototypage rapide de systèmes industriels de niveau production

De nombreuses équipes d'ingénierie commencent maintenant des projets de conception avec des kits de développement (kits de développement) qui regroupent les composants système de base, l'infrastructure de micrologiciel de base et la documentation de soutien pour accélérer le processus de prototypage. Et pour la plupart, ces kits sont incroyablement bon marché. Bien que les kits de développement puissent aider les équipes d'ingénierie à prendre une longueur d'avance sur leurs piles de logiciels, ils peuvent également être en quelque sorte un point d'ancrage pour les ingénieurs en matériel et micrologiciels embarqués plus tard, car:

  • La majorité des composants de la carte ne seront pas exploités dans la conception finale, en particulier si le système est en cours de développement pour les marchés commerciaux ou industriels.
  • Tout code développé sur le kit doit être modifié pour le système de production.

Alors pourquoi ne pas utiliser un système de qualité de production dans le processus de prototypage?

Prototypage rapide de systèmes industriels de niveau production

La question précédente n'est que quelque peu rhétorique. La réponse évidente est que le matériel de qualité commerciale coûte beaucoup plus cher que ce que vous dépenseriez habituellement pour le bricolage et que le matériel doit être personnalisé pour une application finale spécifique.

Cependant, il existe une option matérielle qui croise la qualité de production et la flexibilité de conception: l'ordinateur sur module (COM). Les COM utilisent une architecture à deux cartes qui se compose d'une carte porteuse spécifique à l'application avec toutes les E / S dont un système a besoin et d'un module de calcul qui s'insère dans le support pour fournir le traitement, la mémoire, les contrôleurs d'E / S, etc. ( Figure 1).

<br />Figure 1. Les modules COM tels que l'ADLINK LEC-IMX8MP sont conçus pour des cas d'utilisation industrielle et incluent des composants robustes pour les environnements difficiles.
Figure 1. Les modules COM tels que l'ADLINK LEC-IMX8MP sont conçus pour des cas d'utilisation industrielle et incluent des composants robustes pour les environnements difficiles.

L'avantage de cette approche pour les systèmes commerciaux est qu'elle protège les entreprises contre l'obsolescence du matériel, car un module de processeur hérité peut être remplacé par un nouveau module amélioré un an, voire des décennies, après le déploiement initial. Dans ces scénarios, la compatibilité ascendante et descendante est assurée par des normes industrielles telles que PICMG COM Express, Qseven et SGET SMARC.

Mais qu'en est-il du prototypage?

ADLINK I-Pi est une plate-forme de prototypage IoT industrielle qui combine des composants de qualité production, une portabilité logicielle extrême et une flexibilité et une expansion similaires à Raspberry Pi dans un facteur de forme COM. Basé sur le module SMARC LEC-IMX8MP illustré ci-dessus, l'I-Pi est conforme à la spécification SMARC 2.1 qui définit un module compact de 82 mm sur 50 mm.

La plate-forme prend en charge des températures de fonctionnement de -40 ° C à + 85 ° C, des tolérances aux chocs et aux vibrations conformes aux normes CEI 60068-2-27 / 64 et MIL-STD-202 F, et intègre également des commutateurs USB et PCI directement sur le module de processeur (à condition que le module processeur hôte prend en charge PCIe) pour réduire les coûts de conception de la carte de support (Figure 2).

<br />Figure 2. La plate-forme de prototypage I-Pi SMARC Plus combine la flexibilité du Raspberry Pi ou Arduino avec la robustesse d'un ordinateur sur module (COM) de qualité industrielle.
Figure 2. La plate-forme de prototypage I-Pi SMARC Plus combine la flexibilité du Raspberry Pi ou Arduino avec la robustesse d'un ordinateur sur module (COM) de qualité industrielle.

Portabilité pour le prototypage

Le LEC-IMX8MP au cœur de l'I-Pi SMARC Plus héberge un système quad core NXP i.MX8M Plus basé sur Arm Cortex-A53 sur puce avec unité de traitement neuronal (NPU) in-SoC en option, jusqu'à 8 Go de mémoire . Signaux de deux LAN GbE, deux ports USB 3.0, trois ports USB 2.0 et un port USB 2.0 OTG, un MIPI DSI à quatre voies, un MIPI CSI à quatre voies et un MIPI CSI à deux voies, et CAN, SPI, UART et Les interfaces série I2C sont acheminées vers et depuis la carte porteuse I-Pi via le connecteur MXM 3.0.

L'I-Pi est également capable de prendre en charge des modules SMARC avec des processeurs aussi avancés que les derniers processeurs Intel Elkhart Lake, ce qui permet aux ingénieurs de remplacer facilement un module par un autre tout en évaluant différentes fonctionnalités ou niveaux de performances. Les condensateurs de découplage PCI et les verrous sur les modules ADLINK SMARC facilitent le remplacement des modules, il suffit donc à un ingénieur de s'assurer que les traces sont alignées sur la carte porteuse.

Les seuls signaux à haute vitesse sur la carte de support du kit sont PCI Express et HDMI, ce qui réduit la complexité de la plate-forme afin que les ingénieurs puissent facilement évaluer différents modules sans avoir à repenser l'infrastructure matérielle de base. Ces interfaces peuvent être modifiées, ajoutées ou soustraites dans une carte de support optimisée spécifique à l'application une fois que les exigences de conception sont consolidées ultérieurement. Bien entendu, les modifications matérielles précipitent les modifications de code. La transition entre une architecture de calcul basée sur Arm et un module de processeur Intel comme vous le feriez avec l'I-Pi, en revanche, signifie généralement une refonte complète du logiciel.

Dans le cas de l'I-Pi, ADLINK a fait appel à la couche d'abstraction matérielle (HAL) MRAA pour contourner cette refonte. MRAA est une bibliothèque C / C ++ open-source avec des intégrations Java, JavaScript et Python qui permet au logiciel d'être porté d'une plate-forme à une autre, même des modules SMARC avec différents types de processeurs (Figure 3). Développé par Intel, MRAA fournit des pilotes et des API qui permettent aux ingénieurs de remplacer les modules, les HAT de capteurs et même le port de code écrit dans les environnements Arduino ou Raspberry Pi vers l'I-Pi sans aucune retouche.

<br />Figure 3. Tous les modules ADLINK SMARC intègrent la couche d'abstraction matérielle (HAL) MRAA
Figure 3. Tous les modules ADLINK SMARC intègrent la couche d'abstraction matérielle (HAL) MRAA

Temps plus rapide vers la qualité industrielle

Le coût et le délai de mise sur le marché sont les maîtres mots de l'industrie électronique. En fait, 46,8% des répondants à une récente enquête sur les ingénieurs professionnels Embedded & IoT ont déclaré que les «délais agressifs» ou «respecter le budget» étaient les aspects les plus difficiles de leur travail.

L'approche modulaire du matériel et des logiciels d'I-Pi résout ces deux problèmes au stade du prototypage en reliant l'accessibilité de plates-formes telles que Raspberry Pi et Arduino à la robustesse d'un COM industriel. Et en travaillant avec un COM de production dès le départ, les ingénieurs peuvent gagner du temps et de l'argent dans les étapes ultérieures de la conception.

Pour commencer à accélérer votre prochaine conception embarquée de qualité industrielle, visitez https://www.ipi.wiki/

Auteur: Henri Parmentier
Auteur: Henri Parmentier

Senior manager EPM-Modules Product Center chez ADLINK Technology