Volle Skalierbarkeit mit SMARC 2.0 Der perfekte Standard für Arm-basierte COMs

Qseven oder SMARC 2.0? Welcher Standard ist die bessere Wahl?
Qseven oder SMARC 2.0? Welcher Standard ist die bessere Wahl?

Computer-on-Modules finden ihren Einsatz in vielen Embedded-Systemen. Für den Entwickler stehen verschiedene Formfaktoren zur Verfügung. Avnet Integrated setzt derzeit vor allem auf SMARC-2.0-Boards.

Der Erfolg der Formfaktoren »Qseven« und »SMARC 2.0« (Smart Mobility Architecture) für Computer-on-Moduls (CoMs) treibt weltweit die Nachfrage bei Embedded-Modulen an, vor allem Arm-basierte Produkte sind gefragt. Beide CoM-Standards sind im Gegensatz zur COM-Express-Spezifikation sowohl für Arm-, RISC- sowie x86-Prozessoren ausgelegt. Innerhalb der Dachorganisation SGeT (Standardization Group for embedded Technologies) sind alle führenden Embedded-Unternehmen aktiv am Standard von Qseven- und SMARC-2.0-Modulen beteiligt. Sie passen die Spezifikationen regelmäßig an die sich stetig ändernden Anforderungen für die unterschiedlichen Märkte an. Qseven kommt ursprünglich aus der x86-Umgebung und bietet 230 Anschlüsse. Der neuere der beiden Standards – SMARC 2.0 – ist besonders für Anwendungen aus­gelegt, bei denen es auf Kompaktheit und Energieeffi­zienz ankommt. Mit 314 Signal-Pins sind mehr Schnittstellen als bei Qseven verfügbar.

Neue Anwendungsbereiche

Arm-basierte Embedded-Module können vor allem mit ihrer hohen Energieeffizienz punkten. Dank des stetig wachsenden Produktangebots, das die komplette Bandbreite an Leistungsklassen abdeckt, sind neue Anwendungsbereiche möglich. Mit Standardmodulen und den passenden Entwicklungsumgebungen sind außerdem neue Prozessortechnologien einfach und schnell für Kunden verfügbar. Ausgelegt sind die standardisierten Module für den 24-Stunden-Betrieb. Das Modul wird einfach auf ein passendes Mother- oder Carrierboard gesteckt, auf dem alle Funktionen realisierbar sind. Somit lassen sich vielfältige Endsysteme in kurzer Zeit mit optimierter Marktreifezeit realisieren.

Für die Mehrzahl der Kunden spielt ein großes Produktportfolio des Herstellers von Embedded-Modulen eine große Rolle, um unterschiedliche Anforderungen über eine einzige Plattform zu realisieren. So ist sichergestellt, dass der Anwender bei steigenden Anforderungen auf ein anderes Modul mit höherer Rechen- und Grafikleistung wechseln kann, ohne das Carrier Board Design zu verändern. Avnet Integrated bietet ein umfassendes Produktportfolio an SMARC-2.0-Modulen bezogen auf die Anzahl der angebotenen Produkte, die Skalierbarkeit der Rechenleistung und die Auswahl an verfügbaren Schnittstellen an.

Arm und NXP treiben Entwicklung an

Einen großen Anteil am Erfolg der SMARC-2.0-Boards hat die Prozessorserie »i.MX8« von NXP mit den Varianten i.MX8, i.MX 8M, i.MX 8M Mini, i.MX 8M Nano und i.MX 8X. Die Serie umfasst Single-, Dual- und Quad-Core-Prozessoren basierend auf der Arm-Cortex-Architektur mit Cortex-A72-, Cortex-A53-, Cortex-A35-, Cortex-M4- oder Cortex-M7-Kernen. Ein Beispiel ist das Board »MSC SM2S-IMX8MINI« mit i.MX-8M-Mini-Prozessoren von NXP. Eine hohe Rechenleistung bei gleichzeitig geringer Leistungsaufnahme zeichnet das Board aus (Bild 1). Typische Anwendungen sind:

  • Grafikanwendungen
  • Visualisierungssysteme
  • Bildverarbeitung
  • Audiosysteme
  • Videoprodukte
  • sicherheitskritische Anwendungen

Im Vergleich zur i.MX6-Vorgänger­familie bieten die i.MX8-Baugruppen eine höhere Rechenleistung dank 64-bit-Unterstützung und schnellem LPDDR4-Speicher. Der Prozessor i.MX 8M Mini von NXP wird im 14-nm-FinFET-Prozess von NXP gefertigt (Bild 2). Er ist besonders für den Einsatz in lüfterlosen beziehungsweise batteriebetriebenen Systemen konzipiert. Anwendungen sind vielfältige HMI-Systeme mit folgenden Funktionen:

  • Touch
  • Voice
  • Grafik
  • Video
  • Bildanalyse
  • Vision
  • Sensorfunktionen

Darüber hinaus ist der Prozessor für Streaming-Video- und Audio-Anwendungen, zum Beispiel Videokonferenzsysteme, Inspektionsanlagen, Digital-Signage-Produkte, Lautsprecheranlagen und AV-Empfänger, einsetzbar.

SMARC-2.0-Module

Das MSC SM2S-IMX8MINI-Modul integriert neben bis zu vier Arm-Cortex-A53-Prozessoren mit bis zu 1,8 GHz, den Real-Time-Prozessor Arm-Cortex-M4 und den Grafikprozessor »Vivante GC NanoUltra Multimedia 2D/3D«. Angeboten werden Varianten mit und ohne Video Processing Unit (VPU). Zur Programm- und  Datenspeicherung ist ein schnelles LPDDR4 SDRAM mit bis zu 4 GB Kapazität und bis zu 64 GB eMMC Flash-Speicher verfügbar. Embedded-Schnittstellen wie Gigabit Ethernet, PCI Express, USB 2.0 und Dual-Channel LVDS ergänzen das Paket. Über das MIPI CSI-2 Interface lässt sich eine Kamera anschließen. Auf Wusch sind zwei CAN-Schnittstellen,  ein Wireless-Modul beziehungsweise ein Sockel für Micro SD-Karten integriert. Das Prozessormodul mit 82 x 50 mm2 Größe ist für einen Betrieb im Temperaturbereich von -40 bis +85 °C spezifiziert. Avnet Integrated liefert zur schnellen Inbetriebnahme des SMARC-2.0-Moduls die Entwicklungsplattform MSC SM2-MB-EP1 im Mini-ITX-Format und ein Starter Kit (Bild 3).

Zudem sind umfassende Board Support Packages (BSP) für Linux und auf Anfrage für Android erhältlich. Außerdem sind umfangreiche Serviceleistungen wie Design-in-Unterstützung, Carrier Design Review, thermische Konzeption sowie Simulationen zum Thema Security erhältlich. Zum Einsatz kommen die Embedded-Produkte in allen Bereichen der Industrie, der Medizintechnik, in Infotainment-Systemen, im Transportwesen und in der Gebäudeautomatisierung.

Für Qseven-Module wird als erstes die i.MX8M-Mini-Variante umgesetzt. Mit der Unterstützung der i.MX8-Prozessoren auf den beiden Standards ergänzt Avnet Integrated das Portfolio von i.MX6-basierten Low-Power-Produkten von NXP.

 

Der Autor

Andreas Hitzler besitzt einen Abschluss als Diplom-Ingenieur Industrieelektronik der Fachhochschule Ulm. Er verfügt über 16 Jahre Erfahrung in der Hardware-Entwicklung von High Performance Embedded Boards für ATCA, CPCI, VME, PCIE und kundenspezifische Systeme. Seit über vier Jahren ist Hitzler als Product Marketing Manager Board bei Avnet Integrated für die SMARC-Produktfamilie verantwortlich.