凌華科技I-Pi融合了Raspberry Pi和模塊化計算機,可用於快速工業原型設計

生產級工業系統的快速原型製作

現在,許多工程團隊正在使用開發套件(開發套件)來啟動設計項目,這些套件將核心系統組件,基準固件基礎結構和支持文檔打包在一起,以加快原型製作過程。而且在大多數情況下,這些套件的價格非常便宜。儘管開發套件可以幫助工程團隊在其軟件堆棧中搶占先機,但它們也可以稍後成為嵌入式硬件和固件工程師的定位點,因為:

  • 大多數電路板組件不會在最終設計中使用,特別是如果該系統是為商業或工業市場開發的。
  • 套件上開發的任何代碼都必須針對生產系統進行調整。

那麼,為什麼不在原型製作過程中使用生產質量系統呢?

生產級工業系統的快速原型製作

前面的問題只是有點修辭。顯而易見的答案是,商業級硬件的成本要比平時花費的成本高得多,並且需要針對特定的最終應用定制硬件。

但是,存在與生產質量和設計靈活性相交的硬件選件:模塊計算機(COM)。 COM利用兩板架構,其中包括專用載板和系統需要的所有I / O,以及可插入載板上以提供處理,內存,I / O控制器等的計算模塊(圖1)。

<br />圖1.諸如ADLINK LEC-IMX8MP之類的COM模塊是為工業用例設計的,並包括用於惡劣環境的堅固組件。
圖1.諸如ADLINK LEC-IMX8MP之類的COM模塊是為工業用例設計的,並包括用於惡劣環境的堅固組件。

這種方法對商業系統的好處是,它可以保護公司免受硬件淘汰,因為在最初部署後的一年甚至幾十年內,可以用新的和改進的方法來替換舊的處理器模塊。在這些情況下,PICMG COM Express,Qseven和SGET SMARC等行業標準可確保向前和向後兼容。

但是原型製作呢?

凌華科技I-Pi是工業IoT原型平台,結合了生產級組件,出色的軟件可移植性以及類似於Raspberry Pi的靈活性,並以COM形式擴展。基於上圖所示的LEC-IMX8MP SMARC模塊,I-Pi符合SMARC 2.1規範,該規範定義了緊湊的82 mm x 50 mm模塊。

該平台支持-40ºC至+85ºC的工作溫度,符合IEC 60068-2-27 / 64和MIL-STD-202 F的衝擊和振動容限,並且還直接在處理器模塊上集成了USB和PCI開關(前提是該模塊的主機處理器支持PCIe)以降低載板設計成本(圖2)。

<br />圖2. I-Pi SMARC Plus原型平台將Raspberry Pi或Arduino的靈活性與工業級模塊計算機(COM)的強大功能結合在一起。
圖2. I-Pi SMARC Plus原型平台將Raspberry Pi或Arduino的靈活性與工業級模塊計算機(COM)的強大功能結合在一起。

原型的可移植性

I-Pi SMARC Plus的核心LEC-IMX8MP託管了一個基於Arm Cortex-A53的NXP i.MX8M Plus四核片上系統,具有可選的SoC中神經處理單元(NPU),最大內存為8 GB 。來自兩個GbE LAN,兩個USB 3.0端口,三個USB 2.0端口和一個USB 2.0 OTG端口,一個四通道MIPI DSI,一個四通道MIPI CSI和一個兩通道MIPI CSI的信號以及CAN,SPI,UART和I2C串行接口通過MXM 3.0連接器進出I-Pi載板。

I-Pi還能夠使用最新的英特爾Elkhart Lake處理器先進的處理器來支持SMARC模塊,這使工程師能夠輕鬆地將一個模塊交換為另一個模塊,同時評估不同的功能或性能水平。 PCI去耦電容器和ADLINK SMARC模塊上的鎖使更換模塊變得容易,因此工程師要做的就是確保跡線在載板上對齊。

該套件載板上唯一的高速信號是PCI Express和HDMI,這降低了平台複雜性,因此工程師可以輕鬆評估不同的模塊,而無需重新設計基本的硬件基礎架構。一旦以後確定了設計要求,就可以在優化的專用載板中修改,添加或減少這些接口。當然,硬件修改會導致代碼修改。另一方面,就像您使用I-Pi一樣,在基於Arm的計算體系結構和基於Intel的處理器模塊之間進行轉換通常意味著需要對軟件進行全面的重新設計。

在I-Pi的情況下,凌華科技已邀請MRAA硬件抽象層(HAL)繞過該返工。 MRAA是具有Java,JavaScript和Python集成的開源C / C ++庫,允許將軟件從一個平台移植到另一個平台,甚至包括具有不同處理器類型的SMARC模塊(圖3)。 MRAA由英特爾開發,提供驅動程序和API,使工程師可以將模塊,傳感器HAT甚至用Arduino或Raspberry Pi環境編寫的端口代碼替換為I-Pi,而無需進行任何返工。

<br />圖3.所有ADLINK SMARC模塊都集成了MRAA硬件抽象層(HAL)
圖3.所有ADLINK SMARC模塊都集成了MRAA硬件抽象層(HAL)

更快地達到工業級

成本和上市時間是電子行業中的遊戲名稱。實際上,最近一次嵌入式和物聯網技術專家對專業工程師的調查中,有46.8%的受訪者表示,“激進的時間表”或“保持預算範圍”是他們工作中最具挑戰性的方面。

I-Pi的硬件和軟件模塊化方法通過將Raspberry Pi和Arduino等平台的可訪問性與工業COM的堅固性聯繫起來,解決了原型開發階段的這兩個問題。通過從一開始就使用生產級COM,工程師可以在後期設計中節省時間和金錢。

要開始加速您的下一個工業級嵌入式設計,請訪問 https://www.ipi.wiki/

作者:Henri Parmentier
作者:Henri Parmentier

凌華科技EPM模塊產品中心高級經理