Variable Embedded-Module IoT-Systeme schnell entwickeln

Die Nachfrage nach Mensch-Maschine-Schnittstellen, Panel-PCs und IoT-Gateways für die Industrie ist ungebrochen und soll weiter steigen. Bei deren Entwicklung stehen flexibles Design und möglichst kurze Time-to-Market im Vordergrund. Dafür eignet sich ein variabler Modulansatz gut.

Um für jede Applikation innerhalb kurzer Zeit eine genau zugeschnittene Hardwarelösung zu entwickeln, kommen immer mehr standardisierte Basiskomponenten zum Einsatz. Bereits seit Jahren setzt Avnet Integrated auf eine breite Auswahl an vordefinierten, bereits verifizierten Building-Blocks wie Embedded-Computer-Module oder Konnektivitätslösungen. Mit der neuen, auf lange Verfügbarkeit ausgelegten Embedded-Strategie SimpleFlex kombiniert das Unternehmen einen standardisierten Computer-on-Module (CoM) mit einem Standard-Baseboard.

Somit muss ein Kunde keine komplett neue Plattform entwickeln. Mit der Produktidee werden im ersten Schritt entsprechend den Kundenanforderungen das geeignete Modul und ein passendes Baseboard ausgewählt (Bild 1). Bereits nach 48 Stunden kann der Kunde damit beginnen, das Zielsystem zu evaluieren. Im Anschluss daran werden die Schnittstellen für ein auf die Anwendung optimiertes Produkt konfiguriert. Dazu stehen über dreißig vorab validierte Schnittstellenkombinationen zur Verfügung. Damit eignet sich diese Plattform für den Serieneinsatz mit großen Stückzahlen. Avnet Integrated assembliert die anwendungsspezifische Plattform im eigenen Hause auf voll automatisierten Produktionslinien. SimpleFlex lässt sich mit allen Displays und Touchscreens – einschließlich der konfigurierbaren SimplePlus-Displays von Avnet Integrated – zu einem kompletten HMI-System (Human Machine Interface) kombinieren. In der Regel kann die Serienproduktion bereits nach 90 Tagen starten.

Standardisierte Prozessormodule

Eine der Basiskomponenten von SimpleFlex sind die standardisierten Prozessormodule von Avnet Integrated, die das Unternehmen in unterschiedlichen Varianten mit skalierbarer Leistung und unterschiedlichen Schnittstellen anbietet. Die sofort einsatzbereiten Module sind für den 24/7-Betrieb in Industrieanwendungen ausgelegt und verfügen über moderne Sicherheitsfunktionen. Standardisierte Kühllösungen wie Heatspreader (Bild 2) für die Adaptierung an einen applikationsspezifischen Kühlkörper, zum Beispiel die Rückwand eines Gehäuses, und passive Kühlkörper erleichtern die Systemintegration (Bild 3). Bei einem gewünschten Update beziehungsweise Upgrade des Systems, zum Beispiel bei einer neuen Prozessorgeneration, lässt sich das Modul einfach austauschen.

Alle anwendungsspezifischen Funktionen werden auf einem Custom-Carrier- Board realisiert. Bei dessen Design fallen nicht nur mitunter hohe Entwicklungskosten an, lange Entwicklungszeiten und Risiken beeinflussen zudem die Time-to-Market des Endprodukts. Um dies zu vermeiden, wäre auch der Einsatz von standardisierten Single-Board-Computern (SBCs) denkbar. Diese sind sofort verfügbar und lauffähig. Der Nachteil ist, dass sie nicht skalierbar sind und sich die Schnittstellen nicht anpassen lassen. Ein Upgrade mit neuen Prozessorgenerationen ist in der Regel nicht möglich. Darüber hinaus sind keine standardisierten Kühllösungen vorhanden.

Industrielle Systeme mit speziellem mechanischem Aufbau, vor allem in Bezug auf Größe und Form, die keinen Platz für die Kombination aus Carrier Board und aufgestecktem Modul oder einem Standard-SBC bieten, lassen sich als kundenspezifischer SBC realisieren. Allerdings sind hier die Entwicklungszeiten und -kosten relativ hoch, sodass sich diese Lösung meist erst ab Stückzahlen größer als 5000 pro Jahr anbietet.

SimpleFlex kombiniert ein Computer-on-Modul mit einem Standard-Baseboard und damit die Vorteile eines Standard-Prozessormoduls mit denen eines Custom-SBC (Tabelle 1).

 Standard-SBCCustom-SBCSimpleFlex
Kosten +++ +++ +++
Flexibilität – – – ++ +++
Time to Market +++ – – – +++
Entwicklungskosten/-risiken +++ – – – +++

Tabelle 1: Gegenüberstellung der verschiedenen Ansätze.