생산 등급 산업용 시스템의 신속한 프로토타이핑
많은 엔지니어링 팀이 핵심 시스템 구성 요소, 기본 펌웨어 인프라 및 프로토타이핑 프로세스를 가속화하기 위한 지원 문서를 패키징한 개발 키트로 설계 프로젝트를 시작하고 있다. 그리고 대부분의 경우, 이 키트들은 매우 저렴하다. 개발 키트는 엔지니어링 팀이 소프트웨어 스택을 보다 먼저 시작하는 데 도움이 될 수 있지만, 다음과 같은 이유로 추후에 임베디드 하드웨어 및 펌웨어 엔지니어에게 다소 불편을 야기할 수 있다.
- 특히 상업용 또는 산업 마켓을 위해 시스템이 개발 된 경우에는 대부분의 보드 구성품이 최종 설계에 반영되지 않는다.
- 키트에서 개발된 모든 코드는 생산 시스템에서 결국 수정되어야 한다.
그렇다면 프로토타이핑 공정에서부터 생산과 동일한 품질 시스템을 사용하는 것은 어떨까?
생산 등급 산업용 시스템의 신속한 프로토타이핑
이 질문은 다소 수사적일 뿐이다. 명백한 것은, 상용 등급의 하드웨어는 일반적으로 사용하는 것보다 훨씬 더 많은 비용이 들며, 특정 최종 애플리케이션에 맞게 하드웨어를 사용자 정의해야 한다는 것이다.
그러나, 생산 품질과 설계 유연성을 교차하는 하드웨어 옵션이 존재한다: COM(Computer-on-Module). COM은 시스템이 요구하는 모든 I/O를 포함하는 애플리케이션 별 캐리어 보드와 처리, 메모리, I/O 컨트롤러 등을 제공하기 위해 캐리어에 슬롯을 설치하는 컴퓨팅 모듈로 구성된 2보드 아키텍처를 사용한다 (그림 1).
상업용 시스템에 대한 이 접근 방식의 이점은 레거시 프로세서 모듈을 최초 배포 후 1년 또는 심지어 수십 년 후에 새로운 개선으로 교체할 수 있기 때문에 하드웨어 노후화로부터 회사를 보호한다는 것이다. 이러한 시나리오에서 PICMG COM Express, Qseven 및 SGET SMARC와 같은 업계 표준에 의해 전후 호환성이 보장된다.
하지만 프로토타이핑은 어떨까?
에이디링크 I-Pi는 산업용 IoT 프로토타이핑 플랫폼으로, 생산 등급 컴포넌트, 소프트웨어 휴대성, 라즈베리 파이 같은 유연성과 확장을 COM 폼팩터에 결합했다. 위의 그림에서 본 LEC-IMX8MP SMARC 모듈을 기반으로 한 I-Pi는 컴팩트한 82mm x 50mm 모듈을 정의하는 SMARC 2.1 사양을 준수한다.
이 플랫폼은 -40ºC ~ +85ºC의 작동 온도, IEC 60068-2-27/64 및 MIL-STD-202F와 일치하는 충격 및 진동 내구성을 지원하며, 프로세서 모듈에 USB 및 PCI 스위치를 직접 통합하여 캐리어 보드 설계 비용을 절감한다 (그림 2).
프로토타이핑을 위한 휴대성
I-Pi SMARC Plus의 중심부에 있는 LEC-IMX8MP는 최대 8GB 메모리의 옵션 사양인 in-SoC Neural Processing Unit(NPU)과 함께, Arm Cortex A53 기반의 NXP i.MX8M Plus 쿼드 코어 시스템을 탑재하고 있다. 두 개의 GbE LAN, 두 개의 USB 3.0 포트, 세 개의 USB 2.0 포트, 한 개의 USB 2.0 OTG 포트, 네 개의 MIPI DSI 레인, 네 개의 MIPI CSI 레인 및 두 개의 MIPI CSI 레인, 그리고 CAN, SPI, UART, I2C 직렬 인터페이스의 신호가 MXM을 통해 I-Pi 캐리어 보드와 통신된다.
또한 I-Pi는 최신 Intel Elkhart Lake 프로세서와 같은 고급 프로세서를 탑재한 SMARC 모듈을 지원할 수 있으며, 이를 통해 엔지니어는 여러 기능 또는 성능 수준을 평가하면서 한 모듈을 다른 모듈로 쉽게 교체할 수 있다. 에이디링크 SMARC 모듈의 PCI 디커플링 캐패시터와 잠금 장치는 모듈을 쉽게 교체할 수 있게 해주므로 엔지니어는 캐리어 보드에 트레이스들이 모두 맞는지만 확인하면 된다.
키트의 캐리어 보드에 있는 고속 신호는 PCI Express와 HDMI 뿐으로, 플랫폼 복잡성을 줄여 엔지니어가 기본 하드웨어 인프라를 재설계하지 않고도 다양한 모듈을 쉽게 평가할 수 있다. 이러한 인터페이스는 나중에 설계 요건이 확정되면 최적화 된 애플리케이션 별 캐리어 보드에서 수정, 추가 또는 제거할 수 있다. 물론 하드웨어 수정은 코드 수정을 초래한다. 반면, I-Pi를 사용하여 가능한 Arm-기반 컴퓨팅 아키텍처와 인텔 기반 프로세서 모듈 간의 전환은 일반적으로는 완전한 소프트웨어 재설계를 의미한다.
I-Pi의 경우, 에이디링크가 MRAA 하드웨어 추상화 계층(HAL: Hardware Abstraction Layer)을 등록하여 해당 재작업을 건너 뛸 수 있다. MRAA는 Java, JavaScript, Python 통합 기능을 갖춘 오픈 소스 C/C+ 라이브러리로, 다양한 프로세서 유형을 가진 SMARC 모듈까지 소프트웨어를 한 플랫폼에서 다른 플랫폼으로 포팅 할 수 있다 (그림 3). 인텔이 개발한 MRAA는, 엔지니어가 아두이노나 라즈베리 파이 환경에서 작성된 모듈, 센서 HAT, 포트 코드까지 재작업 없이 I-Pi로 대체할 수 있는 드라이버와 API를 제공한다.
산업용 등급으로 시간 단축
비용과 시장 출시 시간은 전자 산업에서의 핵심이다. 실제로 최근 전문 엔지니어들을 대상으로 한 임베디드 및 IoT 기술자 설문조사에 응답한 46.8%가 “공격적 타임라인”이나 “예산 범위 지키는 것”이 업무에서 가장 어려운 부분이라고 답했다.
하드웨어와 소프트웨어에 대한 I-Pi의 모듈식 접근 방식은 라즈베리 파이와 아두이노와 같은 플랫폼의 접근성과 산업용 COM의 견고성을 연결함으로써 프로토타이핑 단계에서 이러한 두 가지 문제를 모두 해결한다. 또한 처음부터 생산 등급 수준의 COM과 함께 작업함으로써 엔지니어는 설계 후반 단계에서 시간과 비용을 절약할 수 있다.
차세대 산업용 임베디드 설계의 빠른 시작을 원한다면, https://www.ipi.wiki/를 방문하십시오.
