Skalierbar, flexibel und langzeitverfügbar Phytec startet dritte Modul-Familie

Das Basis-Board enthält die Applikationsfunktionen und damit den Mehrwert. Das aufgesteckte Controller-Modul liefert Basisfunktionen wie Spannungsversorgung, RAM und Flash-Speicher.
Das Basis-Board enthält die Applikationsfunktionen und damit den Mehrwert. Das aufgesteckte Controller-Modul liefert Basisfunktionen wie Spannungsversorgung, RAM und Flash-Speicher.

Generische oder Controller spezifische Schnittstellen? Phytec beantwortet diese Frage mit dem »phyFlex«-System-on-Module-Konzept, das einen Mix aus Skalierbarkeit und individueller Controller-Funktionalität bietet.

Die Entwicklung von Mikrocontroller und Prozessor basierten Geräten stellt die Ingenieure vor zahlreiche Herausforderungen. So wird das Hardware-Design rund um Mikrocontroller wird immer komplexer, die Entwicklungszyklen immer kürzer und die Zeitspanne für echte Neuentwicklungen immer kleiner. Die Leistungsfähigkeit der Mikrocontroller steigt und damit tauchen neue Herausforderungen auf. Zudem wächst der Wunsch nach Update- und Skalierbarkeit, um bestehende Anwendungen mit leistungsfähigeren Controllern fit für Gegenwart und Zukunft zu machen.  

Hardwareseitig werden die Layouts komplexer, denn mit höher integrierten Funktionen steigt auch die Zahl der Anschlüsse. Layouts für BGA-Gehäuse (Ball Grid Array) sind keinesfalls trivial, betrachtet man alleine die BGA-Pad- und -Pin-Entflechtungs-Vias. Schnelle Signale brauchen Impedanz kontrolliertes und HF-taugliches Routing, möglicherweise einen Längenabgleich sowie angepasste Leitungsabschlüsse. Der Anschluss von unterschiedlichen Display-Typen und ihre Ansteuerung sind genauso zu berücksichtigen wie präzise Timings, Spannungs-Sequenzing oder komplexe Clocks.
Softwareseitig sind neue Funktionen oder Kommunikationskanäle zu konfigurieren, anzusprechen und in das Betriebssystem einzubinden. Hierzu sind Treiber für die jeweiligen Funktionen nötig. Zudem muss die Applikationssoftware unter dem Betriebssystem zum Laufen gebracht und entsprechende Boot-Szenarien konfiguriert werden.

Diesem wachsenden Druck auf die Entwicklungsabteilungen steht die Frage gegenüber, wie viel das Mikrocontrollerdesign zum Mehrwert einer Produktentwicklung beiträgt. Die Attraktivität eines Gerätes liegt schließlich in seinen individuellen Funktionen, den Schnittstellen und der Applikationssoftware. Das eigentliche Mikrocontrollerdesign hingegen trägt selbst kaum zum Mehrwert bei, es muss einfach nur funktionieren - Anforderungen der Applikation und Eigenschaften eines Controllers müssen zueinander passen.

Den Entwickler eines Gerätes interessieren dabei die Möglichkeiten des Mikrocontrollers wie I/Os, verfügbare Schnittstellen und interne Funktionen. Support-Baugruppen wie Flash-Speicher, RAM oder Spannungsversorgung sind hingegen notwendiges Pflichtprogramm. Der Einsatz von Mikrocontroller-Modulen oder SoMs (System-on-Module) bzw. CoMs (Computer-on-Module) schafft deshalb interne Ressourcen für eine Fokussierung auf den jeweiligen Produktmehrwert bei gleichzeitig hoher Designfreiheit.

Die Komplexität eines Controller-Moduls ist im Vergleich zum Basis-Board hoch. Das Basis-Board hat typischerweise zwischen vier bis sechs Lagen, es gibt wenig oder keine semidurchkontaktierte Vias. Trennt man das komplexe Controller-Design vom anwendungsbezogenen Design, vereinfacht sich der Aufbau der applikationsspezifischen Platine. Dadurch sind einfachere Verarbeitungstechnologien einsetzbar, die Auswahl an Fertigern und Bestückern wird größer, die Fertigungskosten sinken. Die Aufteilung in Basis-Board und Modul führt damit zu einer fertigungstechnischen Optimierung für den Kunden.

Die Notwendigkeit, mit der rasanten technischen Entwicklung von Prozessoren und Controllern Schritt halten zu können, gleichzeitig den unterschiedlichen Kundenbedürfnissen zu entsprechen, führte in den letzten Jahren zu verschiedenen Mikrocontroller- und System-on-Modul-Konzepten. Phytec beispielsweise hat drei Modul-Familien: »phyCard«-, »phyCore«- und neu die »phyFlex«-Familie. Damit adressiert das Unternehmen die unterschiedlichen Marktanforderungen. Gemeinsam ist den Konzepten, dass die Mikrocontroller-Module auf Basis von beispielsweise Cortex-A9-, Cortex-A8-, ARM11-, ARM9-, Cortex-M3-Controllern auf die kundenspezifische Basisplatine aufgesteckt wird.

Bei der phyCore-Familie stehen die Controller-Funktionen im Vordergrund. Damit kann auf jede Eigenschaft des verwendeten Mikrocontrollers zugegriffen werden, denn auf einem phyCore-Modul sind alle Signale des Controllers auf zwei Steckerleisten geführt. Das bedeutet, die spezifischen Embedded-Eigenschaften des verwendeten Mikrocontrollers können maximal genutzt werden. Dies führt zu einer Designoptimierung, weil Funktionalitäten mit Controller internen Features gebaut werden können. Dabei sind oftmals auf der Steckerleiste mehrere Funktionen auf den gleichen Pins untergebracht - der Anwender entscheidet in seinem Design, welche der gemultiplexten Eigenschaften er verwenden möchte. Auf dem Modul selbst sind nur diejenigen Funktionsblöcke untergebracht, die alle Anwendungen brauchen. Das sind beispielsweise Speicher und die Spannungsgenerierung.