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QSEVEN, SMARC oder COM

Eins, zwei oder drei

01. März 2021, 14:30 Uhr   |  Von Alexander Jäger

Eins, zwei oder drei
© MinJan | Shutterstock

Vom IoT-Gerät über den Box-PC bis zur Systemplattform: Computermodule verhelfen Embedded-Anwendungen zum Erfolg. Jedoch gibt es inzwischen eine breite Palette an Modulen in vielen verschiedenen Formfaktoren. Da stellt sich schnell die Frage: Welches Modul nehmen?

Aufsteckmodule – genauer Computer-on-Modules (CoMs) – haben inzwischen den Markt erobert, denn ihre Vorteile zeigen sich sehr schnell: Zusammen mit einem Träger-Board kann ein Entwickler ein CoM passgenau in eine Anwendung implementieren – und das mit geringem Aufwand und niedrigen Kosten. Das reichhaltige Angebot am Markt birgt viele Optionen – jedoch hat der Entwickler hiermit ebenso die Qual der Wahl zwischen verschiedenen Standards und Anbietern. Bild 1 zeigt, welche Standards zu welcher Zeit entstanden sind.

Der Zeitstrahl zeigt die Historie der Modulstandards, die in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurden
© Heitec

Bild 1. Der Zeitstrahl zeigt die Historie der Modulstandards, die in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurden.

Die unterschiedlichen Modultypen spielen ihre Vorteile bereichsbezogen aus, deshalb sollte zuerst eine genaue, das jeweilige Produkt betreffende Bedarfsanalyse erfolgen. Folgende Fragen sind hierbei zu beantworten:

➔ Was ist bei der Wahl des passenden Boards zu berücksichtigen?
➔ Welche Vor- und Nachteile weisen die jeweiligen Standards auf?
➔ Welcher Standard ist für die jeweilige Anwendung ideal?

QSEVEN ODER SMARC?

Produkte aus dem Bereich der Konsumgüter besitzen meist einen geringen Leistungsanspruch. In erster Linie geht es hierbei um das Entwickeln eines kompakten und günstigen Produkts. Hierbei ist der CoM-Standard QSeven eine gute Wahl. Sind die Ansprüche allerdings komplexer, sollten Entwickler den Bedarf genau analysieren und mit den Eigenschaften der unterschiedlichen Modulstandards abgleichen.

Human Machine Interfaces (HMI) beziehungsweise computergestützte Mensch-Maschine-Benutzerschnittstellen bestehen meist aus Display, Eingabefeld, Hardware und spezieller Software. Sind sie in einer Fertigungsanlage eingesetzt, erfordern sie oft eine hohe IP-Schutzklasse. Verfügten die ersten HMIs über einfache Funktionen, geht der Trend derzeit zu komplexen, programmierten Systemen. Außerdem gehen die Trends von lokalen Tastensystemen hin zu dezentralen, vernetzten und mobilen Anwendungen mit berührungsloser Bedienmöglichkeit – oder einer Kombination aus allem.

Es kann von Vorteil sein, Funktionen auf ein Modul auszulagern. Beispielsweise wenn der Entwickler das Board erweitern, optimieren oder sicherer gestalten will. Gesetzt sind hierbei allerdings die Rahmenbedingungen für Module, und zwar:

➔ kompakter Formfaktor
➔ geringe Leistungsaufnahme
➔ geringes Gewicht
➔ gute Verfügbarkeit

Selbst wenn die Anforderungen hinsichtlich PCI-Express (PCIe)-Schnittstellen und hoher Leistung nicht gegeben sind, ist die Leistungserwartung normalerweise zu hoch für QSeven. Neuartige Funktionen, die Visualisieren, Steuern und multiple Bedienmöglichkeiten bieten, erfordern eine flexible Softwarekonfiguration. Sie ist wichtig für ein Priorisieren der Prozesse, die zwischen reinen Bedien- und Verarbeitungsvorgängen entscheiden müssen. Eine höhere Leistung erzeugt gewöhnlich ebenso höhere Verluste und somit Wärme. Jedoch bleiben die Verluste übersichtlich, da viele HMIs mit Power over Ethernet (PoE) beziehungsweise PoE+ zu versorgen sind und somit Leitungen und Stromanschlüsse einsparen.

Eine gute Option ist hier der Smart Mobility Architecture (SMARC)-Standard. Es handelt sich um kompakte, vielseitige Computermodule für Anwendungen mit übersichtlicher Investitionstiefe und geringer Leistungsaufnahme, die dennoch eine beachtliche Leistung abliefern. Auf SMARC-Modulen kommen oft effiziente Arm-Prozessoren zum Einsatz. Genauso jedoch Low Power System-on-Chips (SoCs) oder niedriger performante x86-kompatible Geräte. Allerdings sind sie nicht beliebig erweiter- oder aufrüstbar. Typischerweise liegt die Leistungsaufnahme unter 6 W, obwohl Designs bis zu etwa 15 W möglich sind. Es sind grundsätzlich zwei Größen – »small« im Format 82 x 50 mm² sowie »large« in 82 x 80 mm² – verfügbar. Vorzugsweise wird das Modul für stationäre und tragbare Embedded-Systeme eingesetzt und beinhaltet:

➔ die CPU einschließlich DRAM
➔ Boot-Flash
➔ Power-Sequencing
➔ Netzteile
➔ Gigabit (Gb)-Ethernet
➔ zweikanalige LVDS-Display-Sender

Auf dem Trägerboard befinden sich weitere Funktionen wie Touchcontroller, Audio-Codecs und Anschlüsse für drahtlose Geräte. Hiermit erfüllen sie ebenso alle Anforderungen von typischen HMIs: Aufgrund ihrer Skalierbarkeit sind sie flexibel und erweiterbar, erzielen eine schnelle Marktreife bei geringen Kosten, sind energieeffizient und weisen einen kleinen Footprint auf.

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1. Eins, zwei oder drei
2. Hohe Leistungen mit COM Express
3. Auf dem Weg zu COM-HPC

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