ADLINK I-PiはRaspberry Piとコンピュータオンモジュールを融合させ、ラピッドインダストリアルプロトタイピングを実現します。

生産グレードの産業システムのラピッドプロトタイピング

現在、多くのエンジニアリングチームは、プロトタイピングプロセスを加速するために、コアシステムコンポーネント、ベースラインファームウェアインフラストラクチャ、およびサポートドキュメントをパッケージ化した開発キット(dev kits)を使用して設計プロジェクトを開始しています。そして、ほとんどの場合、これらのキットは信じられないほど安価です。開発キットは、エンジニアリングチームがソフトウェアスタックを先行して開発するのに役立ちますが、後になってエンベデッドハードウェアやファームウェアエンジニアのためのアンカーになることもあります。

  • ボードコンポーネントの大部分は最終設計では活用されません。
  • キットで開発されたコードは、生産システム用に微調整する必要があります。

では、なぜプロトタイピングの工程で生産品質システムを使わないのでしょうか?

生産グレードの産業システムのラピッドプロトタイピング

前の質問は、やや修辞的なものに過ぎません。明らかな答えは、商用グレードのハードウェアは、通常のいじりに費やす費用よりもはるかに多くの費用がかかり、ハードウェアは特定のエンドアプリケーション用にカスタマイズする必要があるということです。

しかし、生産品質と設計の柔軟性を兼ね備えたハードウェアオプションとして、コンピュータオンモジュール(COM)があります。COMは、システムが必要とするすべてのI/Oを搭載したアプリケーション専用のキャリアボードと、処理、メモリ、I/Oコントローラなどを提供するためにキャリアにスロットインするコンピュートモジュールで構成される2ボードアーキテクチャを利用します(図1)。

<br />図1.ADLINK LEC-IMX8MPのようなCOMモジュールは、産業ユースケース向けに設計されており、過酷な環境向けの頑丈なコンポーネントが含まれています。
図1.ADLINK LEC-IMX8MPのようなCOMモジュールは、産業ユースケース向けに設計されており、過酷な環境向けの頑丈なコンポーネントが含まれています。

商用システムに対するこのアプローチの利点は、レガシープロセッサモジュールは、最初の展開から数年後、あるいは数十年後には、新しく改良されたものに置き換えることができるため、ハードウェアの陳腐化から企業を守ることができることです。これらのシナリオでは、PICMG COM Express、Qseven、SGET SMARCなどの業界標準により、前方互換性と後方互換性が保証されています。

しかし、プロトタイピングの場合はどうでしょうか?

ADLINK I-Piは産業用IoTプロトタイピングプラットフォームであり、生産グレードのコンポーネント、非常に優れたソフトウェア移植性、Raspberry Piのような柔軟性と拡張性をCOMフォームファクタで兼ね備えています。上の写真のLEC-IMX8MP SMARCモジュールをベースに、I-Piは、82 mm x 50 mmのコンパクトなモジュールを定義するSMARC 2.1仕様に準拠しています。

このプラットフォームは、-40ºC~+85ºCの動作温度、IEC 60068-2-27/64およびMIL-STD-202 Fに準拠した耐衝撃性および耐振動性をサポートし、また、USBおよびPCIスイッチをプロセッサモジュールに直接統合して(モジュールのホストプロセッサがPCIeをサポートしている場合)、キャリアボードの設計コストを削減します(図2)。

<br />図2.I-Pi SMARC Plusプロトタイピングプラットフォームは、Raspberry PiまたはArduinoの柔軟性と、産業グレードのコンピューターオンモジュール(COM)の堅牢性を兼ね備えています。
図2.I-Pi SMARC Plusプロトタイピングプラットフォームは、Raspberry PiまたはArduinoの柔軟性と、産業グレードのコンピューターオンモジュール(COM)の堅牢性を兼ね備えています。

プロトタイピングのためのポータビリティー

I-Pi SMARC Plusの心臓部であるLEC-IMX8MPは、Arm Cortex-A53ベースのNXP i.MX8M Plusクアッドコアシステムをチップ上に搭載し、オプションのin-SoCニューラルプロセッシングユニット(NPU)を搭載し、最大8GBのメモリを搭載しています。2つのGbE LAN、2つのUSB 3.0ポート、3つのUSB 2.0ポート、1つのUSB 2.0 OTGポート、4レーンのMIPI DSI、4レーンのMIPI CSI、2レーンのMIPI CSI、CAN、SPI、UART、I2Cシリアルインタフェースからの信号は、MXM 3.0コネクタを介してI-Piキャリアボードとの間で転送されます。

I-Piはまた、最新のIntel Elkhart Lakeプロセッサと同じくらい高度なプロセッサを搭載したSMARCモジュールをサポートすることができ、エンジニアは異なる機能や性能レベルを評価しながら、1つのモジュールを別のモジュールに簡単に交換することができます。ADLINK SMARCモジュールのPCIデカップリングコンデンサとロックは、モジュールのスワップアウトを容易にし、エンジニアがすべきことは、キャリアボード上でトレースが整列していることを確認することだけです。

キットのキャリアボード上の高速信号はPCI ExpressとHDMIのみで、これによりプラットフォームの複雑さが軽減されるため、エンジニアは基本的なハードウェアインフラストラクチャを再設計することなく、さまざまなモジュールを簡単に評価することができます。これらのインタフェースは、後に設計要件が固まれば、最適化されたアプリケーション専用のキャリアボードで変更、追加、または差し引くことができます。もちろん、ハードウェアの変更はコードの変更を引き起こします。一方、I-PiのようにArmベースのコンピュートアーキテクチャとIntelベースのプロセッサモジュールの間で移行する場合、通常はソフトウェアの完全な再設計を意味します。

I-Piの場合、ADLINKはMRAAハードウェア抽象化層(HAL)を利用して、その再構築を回避しています。MRAA は、Java、JavaScript、Python を統合したオープンソースの C/C++ ライブラリで、ソフトウェアをあるプラットフォームから別のプラット フォームに移植することを可能にします(異なるプロセッサ・タイプの SMARC モジュールでさえも)(図 3)。Intelによって開発されたMRAAは、ドライバとAPIを提供し、エンジニアがモジュールやセンサーHATを代用したり、ArduinoやRaspberry Pi環境で書かれたコードを手直しなしでI-Piに移植したりすることを可能にしています。

<br />図3.すべてのADLINKSMARCモジュールは、MRAAハードウェアアブストラクションレイヤー(HAL)を統合します
図3.すべてのADLINKSMARCモジュールは、MRAAハードウェアアブストラクションレイヤー(HAL)を統合します

産業用グレードまでの時間を短縮

エレクトロニクス業界では、コストと市場投入までの時間がゲームの名のもとになっています。実際、最近の Embedded & IoT Technologist の調査では、回答者の 46.8%が、「アグレッシブなタイムライン」または「予算内での維持」が最も困難な仕事であると回答しています。

I-Piのハードウェアとソフトウェアへのモジュラーアプローチは、Raspberry PiやArduinoのようなプラットフォームへのアクセス性と産業用COMの堅牢性を橋渡しすることで、プロトタイピングの段階でこれらの問題の両方を解決します。また、最初から生産性の高いCOMを使用することで、エンジニアは後の設計段階で時間とコストを節約することができます。

次の産業グレードの組込み設計を加速させるためには、 https://www.ipi.wiki/ をご覧ください。

著者:アンリ・パルマンティエ
著者:アンリ・パルマンティエ

ADLINKTechnologyのシニアマネージャーEPM-ModulesProduct Center