Startseite > Embedded > Hardware > Lange Laufzeit für batteriebetriebene Systeme

SMARC-2.1.1-Modul

Lange Laufzeit für batteriebetriebene Systeme

21. April 2022, 9:00 Uhr | Tobias Schlichtmeier

Die energieeffiziente SMARC-Modulfamilie »MSC SM2S-IMX8ULP« basiert auf dem i.MX-8ULP-Prozessor von NXP Semiconductors.

Geringe Verlustleistung bei gleichzeitig hoher Rechenleistung – so lässt sich die SMARC-Familie von Avnet Embedded am besten beschreiben. Die Module eignen sich für batteriebetriebene Systeme, IoT-Produkte oder Steuerungen. Die neue Modul-Generation ist ein weiterer Schritt von MCU zu MPU.

▶ Diesen Artikel anhören

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit spielen beim Entwickeln elektronischer Industrieprodukte eine immer größere Rolle. Obwohl die Embedded-Spezialisten in regelmäßigen Abständen neue Modulfamilien mit immer mehr Rechen-, Grafik- und Videoleistung und einem umfangreichen Funktionsumfang vorstellen, benötigen doch zahlreiche Industrieanwendungen besonders energiesparende, kostenoptimierte Module mit guter Rechenleistung.

»Die steigende Nachfrage nach kompakten Embedded-Modulen mit geringer Verlustleistung war der Anstoß für den weiteren Ausbau unseres Portfolios an SMARC-2.1.1-Modulen«, so Jens Plachetka, Manager Board Platforms bei Avnet Embedded. Die neue, skalierbare System-on-Module(SoM)-Familie »MSC SM2S-IMX8ULP« basiert auf dem Crossover-Applikationsprozessor »i.MX 8ULP« von NXP Semiconductors. Alle auf dem Board verbauten Komponenten sowie das Design sind auf eine sehr niedrige Verlustleitung bei gleichzeitig guter Rechenleistung ausgelegt.

Jobangebote+ passend zum Thema

MACNICA ATD EUROPE - Ihre berufliche Zukunft

MACNICA ATD Europe GmbH, Ingolstadt

Alle Jobangebote im Elektroniknet Karrierebereich anzeigen

Lange Laufzeiten für Produkte

Zielmärkte für die Modulfamilie im Short-Size-Format mit den Maßen 82 mm × 50 mm sind Applikationen mit hohen Anforderungen an Energieeffizienz, die zudem sehr preissensitiv sind. Beispiele hierfür sind

batterie- beziehungsweise solarbetriebene Systeme mit langen Laufzeiten,
IoT-Edge-Produkte,
sparsame Embedded-Steuerungen,
effiziente Home- und Building-Automation-Produkte,
Handheld Test- und Messgeräte,
mobile Medizinsysteme und
tragbare Drucker.

Die neue Generation der Module kommt in Applikationen zum Einsatz, die in der Vergangenheit mit Mikrocontrollern (MCUs) oder Multichip-Produkten bedient wurden.
Ausschlaggebend für die hohe Energieeffizienz der skalierbaren Modulfamilie von Avnet Embedded ist vor allem die neue »i.MX 8ULP«-CPU: Sie ist ein Bindeglied zwischen Mikrocontroller und leistungsfähigem Applikationsprozessor. In dem Sinne kombiniert sie die für MCUs typische Benutzerfreundlichkeit, Echtzeitfähigkeit sowie Energiespar-Funktionen mit der hohen Rechenleistung und Sicherheitsfunktionen von Applikationsprozessoren.

»In Partnerschaft mit NXP begannen wir bereits früh, eine kompakte Modulfamilie zu entwickeln, die auf den neuen i.MX-CPUs basiert«, betont Jens Plachetka. »Auf Basis unserer jahrelangen Erfahrung mit dem Entwickeln und Fertigen leistungsfähiger Embedded-Produkte sind wir in der Lage, innerhalb kurzer Zeit die ersten Prototypen unseres Moduls zu entwickeln und Muster an unsere Kunden zu liefern. Das Ziel ist, unsere Kunden beim Entwickeln der nächsten Generation an Industrieprodukten zu unterstützen und unser breites Portfolio an SMARC-Modulen mit einer zusätzlichen energieeffizienten Option zu erweitern.«

Energieeffizienter Prozessor als Herzstück

Die auf dem SoM integrierte Prozessorfamilie fertigt NXP Semiconductors in einer optimierten 28-nm-FD-SOI(Fully depleted Silicon-on-Insulator)-Prozesstechnik (Bild). Hierbei unterstützt die »Energy-Flex«-Architektur von NXP Heterogeneous Domain Computing (HDC) mit unabhängigen und separat abschaltbaren Domänen wie Busse, Takte und Betriebssystem. So ermöglicht die interne Aufteilung in Applikations- und Echtzeitdomäne eine sehr niedrige Verlustleistung bei gleichzeitig deutlich besserer Performance als die Vorgängergeneration. Das »μPower Management«-Subsystem, das im NXP-eigenen internen RISC-V-Core implementiert ist, kann über zwanzig verschiedene Power-Modi konfigurieren und steuern. Hiermit lässt sich eine hohe Energieeffizienz bei voller Leistung bis hinunter zu 30 μW erreichen. Mit der Auswahl verschiedener Power-Modi ermöglicht NXP das Anpassen anwendungsspezifischer Profile auf ein Design, das auf Verlustleistung optimiert ist – interessant speziell für das Realisieren »intelligenter« Edge-Applikationen.

Weiterhin integriert die Prozessorfamilie aktuelle Sicherheitsfunktionen wie »EdgeLock Secure Enclave«. Zudem erleichtert das auf dem Chip vorkonfigurierte Security-Subsystem das Implementieren komplexer Sicherheitstechnik. Als Beispiel dienen das autonome Verwalten von Sicherheitsfunktionen, eine Root of Trust auf dem Chip, wiederverwendbare Zertifikate sowie ein Verwalten von Schlüsseln.

Herzstück der CPU ist ein Single- oder Dual-Core-Arm-Cortex-A35-Prozessor mit bis zu 1 GHz Taktrate, kombiniert mit einem Cortex-M33-Echtzeitkern sowie 2D/3D-Grafikeinheiten (GPU). Die integrierten Tensilica-»Hifi 4«- und »Fusion«-DSPs (digitale Signalprozessoren) von Cadence unterstützen Audio- und Spracherkennung sowie Edge-KI- und ML-Applikationen. Hinzu kommt eine sehr niedrige Thermal Design Power (TDP) der CPU von deutlich unter einem Watt. Um die Leistungsaufnahme des gesamten Moduls zu optimieren, kommt die effiziente LPDDR4x-Speichertechnik zum Einsatz. Bis zu 2 GB weist das integrierte SDRAM mit 2400 Megatransfers pro Sekunde (MT/s) auf. Zudem sind auf der Baugruppe bis zu 256 GB eMMC-Flash-Speicher vorhanden. Nötige Schnittstellen wie Ethernet, USB 2.0, CAN-FD, Dual-Channel-LVDS oder MIPI DSI zur Ansteuerung von Displays sowie MIPI CSI für den Anschluss einer Kamera stellt Avnet Embedded ebenfalls bereit.

Hauseigene Fertigung in Deutschland

Um ebenso existierende SMARC-Designs zu bedienen, ist das MSC SM2S-IMX8ULP rückwärtskompatibel zu SMARC 2.0; so sind bereits getätigte Investitionen gesichert. Das Board ist für einen Betrieb im industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85 °C ausgelegt. Zum Evaluieren und einfachen Design-in stellt Avnet Embedded eine komplette Entwicklungsplattform und ein Starter Kit bereit. Für das auf Yocto basierende Linux-Betriebssystem ist ein umfangreiches Board Support Package (BSP) lieferbar; auf Anfrage unterstützt der Hersteller zudem Microsoft Azure Sphere und Android. Ziel ist es, vielfältige Anwendungen in kurzer Zeit mit optimierter Time to Market realisieren zu können.

Avnet Embedded bietet zudem weitere SMARC-Modulfamilien an, die auf Arm- oder x86-Prozessoren basieren. Mit einem stetig wachsenden Produktangebot, das die komplette Bandbreite von sehr energieeffizienten bis hin zu hohen Leistungsklassen abdeckt, lassen sich ständig neue Einsatzgebiete erschließen. Entwickelt werden die Modulfamilien in den eigenen Design Centern, die Fertigung läuft in Produktionsstätten in Deutschland. Hierzu ergänzt Jens Plachetka: »Unsere Strategie, eigene Produktionsstätten in Deutschland beziehungsweise Europa zu unterhalten, zahlt sich voll aus. Hiermit erreichen wir kurze Wege zwischen unseren Kunden und unseren Teams in Entwicklung, Qualität und Produktion.« Weiterhin setze Avnet Embedded auf Nachhaltigkeit, die bereits in der Entwicklungsphase beginnt und über eine klimaneutrale Fertigung bis hin zum Thema Langlebigkeit der Produkte reicht.