Moduły SoM od Laird Connectivity – gdy mikrokontroler to (zdecydowanie) za mało

Moduły SoM od Laird Connectivity – gdy mikrokontroler to (zdecydowanie) za mało

Co roku najnowsze serie mikrokontrolerów przekraczają kolejne granice mocy obliczeniowej, rozmiaru pamięci programu oraz pamięci RAM czy też możliwości oferowanych przez peryferia sprzętowe. Gdy w docelowej aplikacji konieczna okazuje się obsługa wysokiej jakości obrazów, dźwięku lub wideo, wysokopoziomowych systemów operacyjnych czy algorytmów sztucznej inteligencji (AI), naturalnym wyborem konstruktorów jest skręcanie w kierunku procesorów aplikacyjnych. Praktyczna implementacja tych układów jest jednak dość trudna, czaso- i pracochłonna, a zarazem… kosztowna. We wszystkich tych kłopotach z pomocą inżynierom przychodzą gotowe moduły minikomputerów SoM.

Rynkowa oferta minikomputerów jednopłytkowych w formie modułów SoM stale się poszerza, ale tylko niektóre firmy mogą poszczycić się modelami o wydajności obliczeniowej umożliwiającej uruchamianie najnowszych systemów operacyjnych czy algorytmów uczenia maszynowego, nierzadko pracujących na dodatek w reżimie czasu rzeczywistego. Firma Laird Connectivity specjalizuje się nie tylko w nowoczesnych modułach komunikacyjnych dla aplikacji IoT, z którymi zapewne kojarzy ją wiele osób – w ofercie amerykańskiego przedsiębiorstwa o 38-letniej tradycji znalazło się także pokaźne portfolio minikomputerów SoM oraz SBC, opartych w większości przypadków na potężnych procesorach aplikacyjnych marki NXP z serii i.MX 6, i.MX 8 oraz i.MX 9, a także MediaTek Genio. W artykule zaprezentujemy trzy wybrane modele, należące do serii Nitrogen8M oraz Tungsten.

Nitrogen8M Mini SMARC

Linia produktów Nitrogen8M obejmuje kilka modeli minikomputerów, przy czym wszystkie oparte są na wydajnych procesorach aplikacyjnych z serii i.MX 8. Moduł Nitrogen8M Mini SMARC (fotografia 1) bazuje na układzie i.MX 8M Mini, wyposażonym w czterordzeniową jednostkę ARM Cortex-A53 o taktowaniu do 1,8 GHz i dodatkowy koprocesor ARM Cortex-M4 (400 MHz), wspierający główną jednostkę w realizacji rozmaitych zadań niskopoziomowych.

Fotografia 1. Widok modułu Nitrogen8M Mini SMARC

Układ ma wbudowane GPU 2D/3D, szeroką gamę interfejsów komunikacyjnych (w tym PCIe, USB2.0, Gigabit Ethernet, MIPI-DSI, MIPI-CSI, I²S, SPIDF oraz UART, I²C i SPI), a także obszerny zestaw peryferiów wspierających realizację algorytmów szyfrujących oraz zapewniających ochronę krytycznego kodu i danych aplikacji. Na pokład minikomputera trafiły także: rozbudowany układ zarządzania zasilaniem (PF8121 marki NXP), ultranowoczesny moduł radiowy Sona Wi-Fi 6/6E + Bluetooth 5.3/5.4 oraz pamięci (RAM LPDDR4 o pojemności 2 GB, 4 GB lub 16 GB i eMMC o pojemności 16 GB). Całość mieści się na płytce drukowanej o wymiarach zaledwie 82×50 mm, wyposażonej w standardowe złącze krawędziowe. Uruchomienie tego oraz innych modułów kompatybilnych ze standardem SMARC ułatwi płyta bazowa Universal SMARC Carrier (fotografia 2), która rozprowadza sygnały z głównego złącza systemowego minikomputera na poszczególne gniazda interfejsowe, w tym HDMI, USB, Ethernet (RJ-45), DSI, CSI – a także szereg złączy szpilkowych i rozmaitych dodatkowych złączy rastrowych.

Fotografia 2. Płyta bazowa do szybkiego prototypowania z użyciem minikomputerów z serii SMARC –  Universal SMARC Carrier

Minikomputer Nitrogen8M Mini SMARC jest przeznaczony do szerokiego zakresu aplikacji docelowych, w tym kontrolerów inteligentnego budynku, przemysłowych systemów IoT, automatów vendingowych, czy nowoczesnych urządzeń medycznych. Co ważne – zwłaszcza w przypadku tych ostatnich – producent zapewnia przynajmniej 10-letnią dostępność modułów w sprzedaży, co niewątpliwie stanowi ukłon w stronę rynków wymagających stabilnych, przewidywalnych łańcuchów dostaw przez cały okres życia produktu. Inżynierowie oprogramowania wbudowanego mogą wybrać jeden spośród wielu systemów operacyjnych – płytka wspiera bowiem systemy Android, Ubuntu, Zephyr RTOS, FreeRTOS, a także customowe dystrybucje linuksowe budowane w oparciu o Yocto oraz Buildroot.

Nitrogen8M Plus SMARC

Płytka Nitrogen8M Plus SMARC (fotografia 3) daje już konstruktorom oraz integratorom systemów znacznie większe możliwości i to zarówno w zakresie sterowania niskopoziomowego oraz komunikacji z otoczeniem sprzętowym, jak też wysokopoziomowego przetwarzania danych. Choć cały moduł ma identyczne wymiary jak opisana poprzednio wersja Mini, to zastosowany tu układ NXP i.MX 8M Plus oferuje aż 800-megahercowy koprocesor ARM Cortex-M7. W oczywisty sposób podnosi to walory modułu w aplikacjach związanych m.in. z komunikacją za pośrednictwem szyny CAN bądź gigabitowego Ethernetu, pracującego w ramach sieci TSN (Time Sensitive Networking), od których wymaga się wysokiej dostępności oraz minimalnej latencji w transmisji danych.

Fotografia 3. Widok modułu Nitrogen8M Plus SMARC

Mało tego – oprócz koprocesora Cortex-M7, w układzie znalazł się także rdzeń Tensilica DSP HiFi 4, czyli 32-bitowa jednostka zmiennoprzecinkowa, przeznaczona do realizacji wymagających zadań z zakresu zaawansowanych aplikacji audio – w tym przetwarzania sygnałów zbieranych przez macierze mikrofonów, np. w celu rozpoznawania komend głosowych z użyciem algorytmów AI. W procesorze i.MX 8M Plus znajdziemy także akcelerator uczenia maszynowego o wydajności 2,25 TOPS, koprocesory do obróbki grafiki 2D i 3D, a nawet dwa procesory ISP (Image Signal Processor), które w połączeniu z podwójnym interfejsem kamer MIPI-CSI mogą realizować rozbudowane zadania z zakresu przetwarzania obrazu stereowizyjnego w czasie rzeczywistym.

Za komunikację radiową w przypadku Nitrogen8M Plus SMARC odpowiada moduł Sterling LWB5+ Wi-Fi 5/Bluetooth 5.2, oparty na dwuzakresowym układzie CYW4373E marki Cypress. Dostarczaniem stabilnego zasilania do wszystkich podsystemów minikomputera zajmuje się natomiast układ PCA9450, integrujący w sobie aż sześć wydajnych przetwornic typu buck, pięć stabilizatorów LDO, 400-miliamperowy przełącznik zasilania, 2-kanałowy translator poziomów logicznych oraz układ taktowania 32,768 kHz do obsługi zegara RTC. Wszystkie minikomputery z omawianej serii są wyposażone w 16 GB pamięci eMMC oraz 2, 4 lub 8 GB pamięci RAM typu LPDDR4.

Tungsten700 SMARC

Na koniec naszej prezentacji pozostawiliśmy moduł Tungsten700 SMARC (fotografia 4), będący praktyczną implementacją potężnego procesora aplikacyjnego MediaTek Genio 700 (rysunek 1), zbudowanego w oparciu o dwurdzeniową jednostkę główną (w tej roli ARM Cortex-A78 o taktowaniu do 2,2 GHz) oraz…. sześciordzeniowy procesor wspomagający ARM Cortex-A55 o taktowaniu maksymalnym równym 2,0 GHz.

Fotografia 4. Widok modułu Tungsten700 SMARC

Całość współpracuje z koprocesorem graficznym ARM Mali-G57 MC3 GPU, pozwalającym na płynną obsługę dwóch ekranów w jakości 4K30/4K60. Za przetwarzanie dźwięku odpowiada rdzeń Tensilica HiFi 5 Audio DSP, zaś ogromny koprocesor AI wspiera aplikacje sztucznej inteligencji, dostarczając zawrotną wydajność obliczeniową na poziomie aż 3,7 TOPS.

Rysunek 1. Uproszczony schemat blokowy procesora MediaTek Genio 700 (http://t.ly/WO8Cm)

Komunikacja radiowa w przypadku minikomputera Tungsten700 SMARC jest możliwa dzięki transceiverowi Sona MT320 Wi-Fi 6/Bluetooth 5.3. W chwili pisania niniejszego artykułu moduł SoM występuje w dwóch wersjach, różniących się wielkością wbudowanej pamięci RAM (4 GB lub 8 GB), przy czym każda z nich ma wbudowane 16 GB pamięci eMMC.

Podsumowanie

W artykule zaprezentowaliśmy zaledwie trzy spośród kilkunastu modeli minikomputerów SoM marki Laird Connectivity, jednak już tak niewielka próbka możliwości producenta pokazuje, że mamy do czynienia z wytwórcą świadomym potencjału drzemiącego w najnowszych procesorach aplikacyjnych. Nic więc dziwnego, że firma zyskała status „złotego partnera” (Gold Partnership) firmy NXP. Warto też dodać, że oprócz modułów sprzętowych firma Laird Connectivity oferuje także doskonale przygotowaną, szczegółową bazę dokumentacji, modele 3D minikomputerów, tutoriale, a także kompletne repozytoria dla programistów Linuksa.

Więcej informacji:
 
GLYN Poland, 50-075 Wrocław, ul. Krupnicza 13, tel. 71 7828-758, sales@glyn.pl, www.glyn.pl
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
marzec 2024

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik kwiecień 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec - kwiecień 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje kwiecień 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna kwiecień 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów