Vysvětlení standardu OSM pro systém na modulech

Standardy systému na modulech

Konstruktéři produktů, architekti řešení a systémoví inženýři přijali různé standardy systému na modulech, jako jsou SMARC a Qseven (obrázek 1). SGeT („Standardization Group for Embedded Technologies“, Standardizační skupina pro vestavěné technologie), mezinárodní neziskové sdružení společností a organizací, spolupracuje a vyvíjí nezávislé specifikace pro vestavěné počítačové technologie. Výběr průmyslového standardu pro systém na modulech pomáhá se škálovatelností technologií a využívá interoperabilitu mezi dodavateli.

Nedávno definovalo sdružení SGeT nový standard pro systém na modulech – OSM nebo Open Standard Module („modul s otevřeným standardem“) s jedinečnou nabídkou hodnoty být pájitelným systémem na modulech. Tento standard umožňuje díky provedení LGA a technologii povrchové montáže další vrstvu odolnosti.

Obrázek 1: Standardy systému na modulech zahrnují SMARC, Qseven a OSM. (Zdroj obrázku: společnost iWave)

Vysvětlení standardu OSM

Open Standard Module, nejnovější průmyslový standard pro systém na modulech, byl uveden na trh v prosinci 2020. Sdružení SGeT vydalo specifikaci OSM 1.0 s cílem vytvořit pro malé, levné vestavěné počítačové moduly nový a univerzální standard připravený na budoucnost. Standard OSM je jedním z prvních standardů pro přímo pájitelné a škálovatelné vestavěné počítačové moduly.

OSM si nahrazováním modulů o velikosti platebních karet razí cestu do oboru s vestavěnými počítačovými moduly o velikosti poštovních známek. OSM umožňuje vývoj, výrobu a distribuci vestavěných modulů pro architektury MCU32, Arm® a x86. Mezi klíčové vlastnosti modulu OSM patří:

1. Kompletní strojová zpracovatelnost při pájení, montáži a testování
2. Pocínované pouzdro LGA pro přímé pájení bez konektoru
3. Předdefinovaná softwarová a hardwarová rozhraní
4. Otevřený zdroj v softwaru a hardwaru

Zcela nový standard je v závislosti na kontaktech LGA dostupných na modulu k dispozici ve čtyřech různých velikostech – nula, malé, střední a velké (obrázky 2a a 2b). Čtyři různé tvarové faktory lze na sobě navzájem stavět.

Obrázek 2a: Standardní velikosti OSM, tvarové faktory a zapojení. (Zdroj obrázku: společnost iWave)

Obrázek 2b: Standardní velikosti OSM s barevným kódováním podle obrázku 2a. (Zdroj obrázku: společnost iWave)

K připojení desky plošných spojů modulu k základní desce plošných spojů využívá standard Open Standard Module symetrické pouzdro LGA. Jako technologie kontaktu lze podle uvážení výrobce použít Fused Tin Grid Array, ENIG LGA nebo BGA. Specifikace také umožňují dodavatelům modulů přijmout různé výšky na základě požadavků s možností rozšíření přes „rozpěrnou vložku desky plošných spojů“.

Moduly od velikosti S výše nabízejí videorozhraní až pro 1× RGB a 4kanálové DSI. Moduly velikosti M mohou navíc podporovat 2× eDP/eDP++ a velikost L ještě navíc 2× rozhraní LVDS pro grafiku. Maximální konfigurace tedy mohou poskytovat paralelně až šest videovýstupů. Všechny moduly od velikosti S výše nabízejí dále 4kanálové sériové rozhraní kamery („camera serial interface“, CSI). Moduly velikosti L poskytují až 10 linek PCIe pro rychlé připojení periferií a velikost M nabízí 2× PCIe x1 a velikost S 1× PCIe x1. Vzhledem k extrémně miniaturizovanému půdorysu neobsahují moduly velikosti 0 žádný z uvedených vstupů a výstupů, ale nabízejí všechna rozhraní uvedená ve specifikaci OSM, která pro komunikaci mezi systémy poskytuje až 5× Ethernet.

Ve všech modulech je vyhrazená oblast komunikace, která poskytuje 18 pinů pro anténní signály pro různé bezdrátové technologie a 19 pinů dostupných pro signály specifické pro výrobce.

Proč standard OSM zvažovat?

Mezi hlavní přednosti modulu OSM patří pájecí modul desky plošných spojů s odolností proti vibracím, kompaktní tvarový faktor s nejmenším poměrem pinů k ploše a zajištění škálovatelnosti technologií.

Vzhledem k tomu, že modul lze připájet přímo na kartu nosiče, je modul vhodný pro produkty, které jsou náchylné na vibrace a vyžadují kompaktní tvarový faktor. Příkladem je cluster konektivity pro elektrické dvoukolové vozidlo. Moduly OSM poskytují konstruktérům řešení s ideální kombinací škálovatelnosti, tvarového faktoru a ceny.

U rostoucího počtu aplikací IoT pomáhá tento standard kombinovat výhody modulárního vestavěného computingu s náročnějšími požadavky na cenu, prostor a rozhraní. Potenciální aplikace modulu OSM zahrnují vestavěné systémy připojené k IoT, IoT a edge systémy, které běží s operačními systémy s otevřeným zdrojovým kódem a používají se v náročných průmyslových prostředích.

Portfolio společnosti iWave systému na modulech OSM

iWave Systems, přední společnost v oblasti návrhu a výroby systémů na modulech, nedávno uvedla na trh model iW-RainboW-G40M (obrázek 3) – pájitelný modul OSM i.MX 8M Plus. Modul iW-RainboW-G40M obsahuje výkonný procesor i.MX 8M Plus v kompaktním standardu OSM 1.0 a v kompaktním modulu poskytuje výkonné funkce umělé inteligence a strojového učení.

Obrázek 3: Horní a spodní část systému na modulu iW-G40M. (Zdroj obrázku: společnost iWave)

Dva obrazové signálové procesory („image signal processor“, ISP) a vyhrazený procesor neuronové sítě s výkonem až 2,3 trilionu operací za sekundu činí z procesoru i.MX 8M Plus ideální řešení pro chytrou domácnost, inteligentní město, průmyslový IoT a další aplikace díky strojovému učení, vidění a pokročilým multimediálním funkcím.

Klíčové vlastnosti modulu

• Procesor i.MX 8M Plus s jádry Dual / Quad Lite / Quad
• 2 GB paměti LPDDR4 (až 8 GB)
• 16 GB paměti eMMC (až 256 GB)
• Wi-Fi (802.11b/g/n/ac/ax) (ax je volitelná)
• Bluetooth 5.0
• 2× port CAN-FD
• 2× rozhraní RGMII
• 1× PCIe 3.0
• 2× LVDS
• Modul LGA velikosti L

Modul poskytuje konstruktérům flexibilní a škálovatelné možnosti pro produkty a zároveň zkracuje dobu do jejich uvedení na trh. Díky vybavení pro průmyslová rozhraní, jako je CAN-FD, metodě Time-Sensitive Networking a vysokorychlostním rozhraním, je procesor ideální pro Průmysl 4.0 a automatizační systémy podporující inteligentní a rychlé zpracování multimediálních dat.

Prostřednictvím vývojové sady a SOM připraveného na výrobu může konstruktér urychlit dobu do uvedení na trh s nižším rizikem. Modul je připraven pro aplikace a dodává se se všemi potřebnými softwarovými ovladači a BSP se softwarovou podporou systémů Ubunt, Android a Linux.