В статье кратко описан стандарт встраиваемых компьютерных модулей SMARC. Приведен краткий обзор отечественных производителей и модулей выполненных в данном стандарте.
Компьютерные модули, называемые также компьютерами на модуле (Computer-on-Module) или системами на модуле (System-on-Module), представляют собой компактный вычислитель, содержащий центральный процессор, память, контроллеры периферии и вторичные источники питания. Все периферийные интерфейсы выведены на разъемы в соответствии с той или иной общепринятой спецификацией. Компьютерные модули широко применяются как для решения тех задач, которые невозможно эффективно решить с помощью стандартных встраиваемых плат, так и для обновления технического решения наследственных или устаревших систем. Описание преимуществ и наиболее популярных среди разработчиков и пользователей встраиваемых систем стандартов компьютерных модулей: ETX, QSeven, SMARC, СOM Express и COM-HPC представлено в статье «Компьютерные модули. Описание преимуществ применения и обзор популярных стандартов». Далее будет приведено описание одного из самых молодых стандартов: SMARC и краткое описание отечественных разработчиков и модулей в данном стандарте. Стандарт SMARC («Smart Mobility ARChitecture») разработан консорциумом SGET в 2013 году. Модули стандарта быстро стали очень популярными масштабируемыми строительными блоками, позволяющими разработчикам создавать приложения нового поколения. Модули SMARC (рис. 1) предназначены для создания компактных вычислительных устройств с низким энергопотреблением. Область применения модулей SMARC постоянно расширяется по мере развития технологий Интернета вещей и искусственного интеллекта: от решений по автоматизации производства до обработки изображений, мультимедиа и т.п. Они также могут быть использованы в различных приложениях: от промышленных автоматизации до медицинского оборудования и транспортных средств. Кроме того, модули SMARC зарекомендовали себя при создании компактных портативных устройств, где энергопотребление не должно превышать нескольких ватт, а вычислительная мощность должна быть особенно высокой. SMARC -модули могут быть построены на базе центральных процессоров с архитектурами ARM, X86 или RISC и поддерживают различные операционные системы, такие как Linux, Windows Embedded и даже QNX. Модули SMARC имеют стандартизированный форм-фактор и интерфейсы (назначение контактов жестко прописано в спецификации), что позволяет легко заменять модули в системе без необходимости перепроектирования всей системы. Компьютерные модули SMARC имеют несколько преимуществ по сравнению с другими компьютерными модулями: Компактный размер: SMARC-модули имеют габариты с кредитную карту, что делает их идеальными для использования в ограниченном пространстве. Они часто используются во встраиваемых системах, таких как промышленные компьютеры, медицинские приборы и автоматизированные системы. Масштабируемость: SMARC-модули предоставляют гибкую платформу для разработчиков, позволяя им выбирать модули от разных производителей с различными характеристиками и возможностями, такими как процессор, оперативная память, графика и т. д. Это обеспечивает масштабируемость в разработке продуктов и легкое обновление их при необходимости. Низкое энергопотребление: SMARC-модули обычно имеют низкое энергопотребление, что делает их эффективными для использования в портативных и мобильных устройствах. Они являются идеальным выбором для разработчиков, которые стремятся создать энергоэффективные продукты. Стандартизация: SMARC-модули разработаны на основе открытого стандарта, что обеспечивает совместимость и переносимость. Это позволяет разработчикам использовать SMARC-модули от разных производителей и без проблем комбинировать их с другими компонентами системы. Легкость разработки: SMARC-модули предоставляют готовую платформу, которую разработчики могут использовать для ускорения процесса разработки. Они включают в себя основные компоненты и интерфейсы, такие как Ethernet, USB, HDMI, CAN, PCIe и другие, чтобы обеспечить подключение к периферийным устройствам, что позволяет сосредоточиться на разработке приложения, не занимаясь проектированием базовой аппаратной платформы Надежность: SMARC-модули обычно производятся производителями промышленных модулей в соответствии с высокими стандартами качества и имеют долгий срок службы. Это делает их надежным выбором для использования в критически важных приложениях, где требуется стабильная работа и минимальные сбои. Спецификация определяет два размера модуля: 82 мм x 50 мм и 82 мм x 80 мм (рис.2). Основное питание модулей – 5В. Печатные платы модуля имеют 314 контактный краевой разъем, который соединяются с низкопрофильным 314-контактным прямоугольным разъемом типа MXM3 на несущей плате. Разъем типа МXМ применяется также на компьютерных модулях в форм-факторе SO-DIMM Разъем MXM3 обычно используется для видеокарт. Но назначение контактов на модулях SMARC и графических картах – различные. Контакты модуля SMARC намеренно пронумерованы как P1 – P156 и S1 – S158 с целью отличия модуля SMARC от графического модуля MXM3. Список обязательных и дополнительных интерфейсов модуля SMARC приведен, а таблице 1. «Обязателен» указывает на обязательное требование «Рекомендован» указывает на рекомендуемое, но не обязательное требование. «Может быть» указывает на редко используемый дополнительный интерфейс. Таблица 1. Список интерфейсов модулей SMARC Интерфейс Описание Требование Примечание LVDS LCD 18-битный одноканальный Рекомендован Дисплей по умолчанию (последовательный LVDS) 24-битный одноканальный – 18-битный совместимый Рекомендован 24-битный одноканальный – стандартная карта цветов Может быть 24-битный двухканальный – 18-битный совместимый Может быть 24-битный двухканальный – стандартная карта цветов Может быть HDMI Интерфейс дисплея HDM. Рекомендован DP на HDMI выводах Может быть DP++ DisplayPort++ Может быть Camera CSI0 – 2 линии Может быть CSI1 – 2 лини. Рекомендован CSI1 – 4 линии Рекомендован SDIO SDIO (4 бит, для SD карт) Рекомендован Может использоваться на несущей плате в качестве загрузочного устройства SPI SPI0 Рекомендован Может использоваться на несущей плате в качестве загрузочного устройства eSPI Рекомендован Может использоваться на несущей плате в качестве загрузочного устройства Audio I2S0 Рекомендован HDA Рекомендован I2C Управление энергопотреблением Обязателен Общее назначение Обязателен Камера Рекомендован LCD дисплей I/D Рекомендован Serial Ports SER0 (4-проводный) Обязателен SER1 (2-проводный) Обязателен SER2 (4-проводный) Рекомендован SER3 (2-проводный) Рекомендован CAN Bus CAN0 Может быть CAN1 Может быть USB USB0 — как USB 2.0 клиент Рекомендован USB0 должен быть реализован USB0 – как OTG Может быть USB0 — как USB 2.0 хост Может быть USB1 – как USB 2.0 хост Обязателен USB[2:5] — как USB 2.0 хост Может быть USBss[2:3]
Может быть Порядок реализации: первый #2 следующий #3 USB3 — как USB 3.2 Клиент/OTG Может быть PCIe PCIE_A (x1 Gen 1 Root) Рекомендован PCIE_B (x1 Gen 1 Root) Может быть PCIE_C (x1 Gen 1 Root) Может быть PCIE_D (x1 Gen 1 Root) Может быть PCIE_ Target operation Может быть PCIE Gen 2 and Gen 3 operation Может быть SERDES Альтернативное использование PCIE_C и/или PCIE_D Может быть SATA SATA Gen 1 Рекомендован Может использоваться на несущей плате в качестве загрузочного устройства SATA Gen . Может быть SATA Gen . Может быть GBE GBE0 Рекомендован GBE1 Может быть IEEE 1588 Триггерные сигналы (GBE[0:1]_SDP) Может быть Watchdog WDT выход Рекомендован GPIO GPIO[0:11]
Обязателен GPIO[12:13]
Рекомендован GPIO[0:11] возможность прерывания Обязателен GPIO[12:13] возможность прерывания Рекомендован GPIO камеры (только если камера поддерживается) Обязателен В зависимости от реализации модуля камеры. GPIO5 ШИМ Рекомендован GPIO6 вход тахометра Рекомендован Management Функции управления системой и питанием CARRIER_PWR_ON VIN_PWR_BAD# Обязателен Все остальные сигналы Рекомендован Boot Select Обязателен Force Recov Рекомендован JTAG JTAG разъем на модуле Может быть Некоторые производители предпочитают доступ к контрольной точке. RTC Рекомендован В таблице 2 приведен перечень рекомендованных к использованию разъемов. Таблица 2. Перечень рекомендованных разъемов для подключения модулей SMARC. Производитель Заказной номер Расстояние до несущей платы Высота разъема Цвет Foxconn AS0B821-S43B — *H 1.5 мм 4.3 мм черный Foxconn AS0B821-S43N — *H 1.5 мм 4.3 мм слоновая кость Foxconn AS0B826-S43B — *H 1.5 мм 4.3 мм черный Foxconn AS0B826-S43N — *H 1.5 мм 4.3 мм слоновая кость JAE MM70-314B2-1-R500 1.5 мм 4.3 мм черный Aces 91781-314 2 8-001 2.7 мм 5.2 мм черный Foxconn AS0B821-S55B — *H 2.7 мм 5.5 мм черный Foxconn AS0B821-S55N — *H 2.7 мм 5.5 мм слоновая кость Foxconn AS0B826-S55B — *H 2.7 мм 5.5 мм черный Foxconn AS0B826-S55N — *H 2.7 мм 5.5 мм слоновая кость Foxconn AS0B821-S78B — *H 5.0 мм 7.8 мм черный Foxconn AS0B821-S78N — *H 5.0 мм 7.8 мм слоновая кость Foxconn AS0B826-S78B — *H 5.0 мм 7.8 мм черный Foxconn AS0B826-S78N — *H 5.0 мм 7.8 мм слоновая кость Yamaichi CN113-314-2001 5.0 мм 7.8 мм черный История успеха «АТБ Электроника», это 18 лет развития, от компании поставщика компонентов, до современного производственного комплекса 4 500 м2, собственной испытательной лаборатории и R&D центра. «АТБ Электроника» находится в Москве, подразделения компании объединены в единый контур, что позволяет разработчикам непрерывно взаимодействовать с производством, а заказчикам оперативно согласовывать проекты, инспектировать производственный процесс при выпуске крупных партий оборудования. На рисунке 3 представлен модуль АТБ-RK3568J-SMC. Основными направлениями деятельности НПК «АТРОНИК» являются: Разработка и серийное производство специализированных вычислителей для тяжелых условий эксплуатации; Контрактное производство электроники для ответственных применений; Разработка сложной электроники по ТЗ заказчика. Разработка и производство устройств биометрической идентификации; Разработка программного обеспечения для биометрических систем; В состав компании входит Специализированное Конструкторское Бюро (СКБ) и современное автоматизированное производство электронных изделий. Коллектив НПК «АТРОНИК» имеет опыт в разработке спецвычислителей для экстремальных условий эксплуатации от уровня схемотехники и исходных кодов. Используемые нами производственные технологии позволяют выпускать вычислители любого уровня сложности, а гибкость технологических процессов дает возможность производить изделия любой серийности, от опытных образцов до партий в сотни тысяч штук. Вовлеченность технологов на ранних стадиях в процесс разработки позволяет существенно сократить время от технического задания (ТЗ) до получения литеры О1. На рисунке 4 представлен модуль МЦП1502. Со времени основания компании в 2011 году специалисты компании INMYS разработали более сотни сложнейших программно-аппаратных решений. Одновременно с выпуском основной продукции (SOM-модулей) компания занимается разработкой и производством высокоскоростных сетевых коммутаторов и агрегаторов, материнских плат серверных компьютеров, контроллеров систем хранения данных. На рисунке 5 представлен модуль NMS-SM-RK3568. Fastwel основан в 1998 году и на сегодняшний день является одной из самых высокотехнологичных компаний России. Сочетая активные вложения в освоение новейших технологий с использованием опыта и потенциала российских разработчиков и технологов, Fastwel успешно конкурирует с ведущими мировыми производителями электронного оборудования. Продукция Fastwel находит применение в ответственных приложениях на транспорте, в телекоммуникациях, промышленности и многих других отраслях, где требуется надежное оборудование, способное работать в жестких условиях эксплуатации. Изделия Fastwel полностью учитывают специфику рынка России и стран СНГ как по набору поддерживаемых типов сигналов, так и по стойкости к неблагоприятным факторам внешней среды. На рисунке 6 представлен модуль CPC1001. Акционерное общество Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» (АО НПЦ «ЭЛВИС») является одним из ведущих центров проектирования микросхем в России. Компания была создана в 1990 году на базе структурного подразделения научно-производственного объединения «ЭЛАС», выполнявшего в 1960-80 гг. передовые разработки в области космической электронной техники. Основным видом деятельности компании была разработка на базе собственной платформы проектирования «МУЛЬТИКОР» концептуально новых отечественных импортозамещающих микросхем типа «Система-на-Кристалле». На рисунке 7 представлен модуль ELV-MC03-SMARC. В настоящее время усилия многих разработчиков встраиваемых процессорных модулей сосредоточены на использовании компонентной базы производства КНР. Многие ведут обновление ЭКБ серийных изделий на компоненты с континентального Китая. Параллельно на отечественном рынке появились вычислители на ЦП RockChip RK3568. В таблице 3 приведен сравнительный анализ модулей на ЦП RK3568 выпускаемых отечественными производителями. Таблица 3. Сравнение отечественных модулей SMARC ЦП RockChip RK3568 Модуль Производитель ООО «АТБ Электроника» АО «НПК «АТРОНИК» ООО «ИНМИС» (INMYS) Процессор RockChip RK3568 RockChip RK3568 RockChip RK3568 ОЗУ LPDDR4 до 8 ГБ DDR4 4 Гб c ECC LPDDR4 до 8 Г. ПЗУ eMMC до 64 ГБ eMMC 32 Гб eMMC до 64 ГБ Рабочий температурный диапазон -40…+70 °С -40 …+85 °С -40 …+85 °С Преимущества использования SMARC-модулей: 1) Гибкость: SMARC-модули обеспечивают возможность выбора подходящего процессора и характеристик для конкретного приложения. Это позволяет оптимизировать систему под требуемые задачи. 2) Компактность: Модули SMARC объединяют множество интерфейсов в одном компактном модуле, что упрощает проектирование и снижает размер системы. 3) Легкость модернизации: Стандартизированные формат и распиновка SMARC-модулей облегчают их замену или модификацию, что позволяет быстро адаптировать конечное изделие к новым требованиям или технологиям. 4) Возможность масштабирования: SMARC-модули поддерживают различные процессоры и периферийные устройства. Это позволяет расширять возможности конечной системы и улучшать ее производительность. В целом, SMARC-модули представляют собой современное и гибкое решение для создания вычислительных систем и устройств, обладающее преимуществами компактности, масштабируемости, энергоэффективности, стандартизации, легкости разработки и надежности. Использование SMARC-модулей может быть полезно во множестве областей, таких как автоматизация, медицина, телекоммуникации, промышленность и другие, где требуется компактный масштабируемый встраиваемый вычислительный модуль.SMARC
Обзор отечественных производителей SMARC модулей
Заключение.
