Почему HPI Networks
Computer-on-Module для разработки встраиваемых систем
Computer-on-Module (COM) и System-on-Module (SOM) позволяют разделить вычислительную часть устройства и прикладную электронику. Процессор, память и основные системные компоненты размещаются на компактном модуле, который устанавливается на несущую плату — carrier board.
На carrier board разработчик реализует необходимые для конкретного устройства разъёмы, питание, периферию и специализированные интерфейсы. Такой подход позволяет создавать собственную аппаратную платформу, не разрабатывая процессорную часть системы полностью с нуля.
Основные форм-факторы COM/SOM
COM Express
COM Express — семейство стандартизированных Computer-on-Module, широко применяемое во встраиваемых и промышленных системах на базе x86-процессоров. Модули выпускаются в нескольких размерах и с различными типами pinout.
В ассортименте встречаются COM Express Basic, Compact и Mini, а также различные типы интерфейсной разводки, включая Type 6, Type 7 и Type 10. Размер модуля и Type являются разными характеристиками, поэтому при замене или проектировании необходимо проверять обе.
COM Express Type 6
Type 6 применяется в широком диапазоне embedded-систем и предусматривает современные интерфейсы для дисплеев, PCI Express, USB, SATA, Ethernet и другой периферии. Конкретный набор доступных линий зависит от процессора и реализации модуля.
При выборе недостаточно совпадения надписи Type 6: необходимо проверить ревизию стандарта, размер модуля, интерфейсы carrier board, питание и механическую совместимость.
COM Express Type 7
COM Express Type 7 ориентирован на вычислительные и сетевые приложения без традиционного набора графических интерфейсов Type 6. Такие модули применяются в Edge Computing, сетевых устройствах, компактных серверных и других системах, где важны вычислительная производительность и высокоскоростные сетевые интерфейсы.
COM Express Type 10
Type 10 используется в компактных COM Express Mini системах. Небольшой форм-фактор подходит для устройств с ограниченным внутренним пространством и умеренным энергопотреблением.
COM-HPC
COM-HPC — более современная модульная архитектура для систем, которым требуются высокая вычислительная производительность и высокоскоростные интерфейсы. Семейство включает различные классы модулей, рассчитанные на разные задачи — от высокопроизводительных клиентских и Edge-систем до серверных платформ.
COM-HPC и COM Express не являются механически или электрически взаимозаменяемыми стандартами. При разработке необходимо использовать соответствующую carrier board и учитывать конкретный тип и размер COM-HPC модуля.
SMARC
SMARC (Smart Mobility ARChitecture) — компактный модульный форм-фактор, применяемый с энергоэффективными x86 и Arm/SoC платформами. Такие модули востребованы в робототехнике, машинном зрении, автоматизации, транспорте и Edge AI.
SMARC передаёт интерфейсы на carrier board через краевой разъём ( (контакты на плате). В зависимости от платформы могут поддерживаться дисплеи, камеры, Ethernet, USB, PCIe и другие интерфейсы, однако фактический набор определяется конкретным модулем и версией стандарта.
Qseven
Qseven — компактный Computer-on-Module для энергоэффективных embedded-систем. Как и SMARC, модуль устанавливается на carrier board и передаёт основные системные интерфейсы через стандартизированный разъём.
Qseven продолжает встречаться в существующих промышленных проектах, поэтому при модернизации оборудования важны не только характеристики нового процессора, но и совместимость с используемой несущей платой и её интерфейсами.
OSM и другие System-on-Module
Для компактных устройств и серийных embedded-разработок применяются также другие модульные архитектуры. В частности, OSM (Open Standard Module) использует компактные модули, предназначенные для непосредственного монтажа на carrier board.
При выборе между COM Express, COM-HPC, SMARC, Qseven, OSM и другими SOM необходимо исходить из требуемой производительности, энергопотребления, интерфейсов, размеров, способа монтажа и ожидаемого жизненного цикла изделия.
COM/SOM и carrier board
Computer-on-Module обычно не является законченным промышленным компьютером. Для создания готового устройства модуль устанавливается на несущую плату (carrier board), которая предоставляет физические разъёмы и прикладные интерфейсы системы.
Carrier board может быть стандартной оценочной платой производителя или разрабатываться специально для конечного изделия. Во втором случае разработчик определяет необходимый набор Ethernet, USB, COM, CAN, дисплейных интерфейсов, камер, накопителей, GPIO и другой периферии.
Совместимость модуля и carrier board нельзя определять только по похожему разъёму. Необходимо проверить стандарт, версию спецификации, pinout, питание, механические размеры и поддержку требуемых интерфейсов.
Development Kit и Evaluation Board
Для разработки и тестирования производители предлагают evaluation carrier boards, development boards и готовые development kits. Они позволяют запустить COM/SOM, проверить операционную систему и периферию и использовать эталонную схему при проектировании собственной carrier board.
Development Kit следует отличать от самого Computer-on-Module: комплект может включать модуль, carrier board, охлаждение, блок питания, кабели и другие компоненты. Отдельные отладочные комплекты целесообразно относить в раздел отладочных комплектов и SDK, если их основной товарный класс — именно средство разработки.
Как выбрать Computer-on-Module
Процессорная архитектура
COM/SOM выпускаются на базе x86 и Arm-платформ. Выбор архитектуры определяется операционной системой, прикладным программным обеспечением, требованиями к производительности, энергопотреблению и необходимой периферии.
Процессор и производительность
Для компактных устройств могут использоваться энергоэффективные SoC, тогда как системы машинного зрения, Edge Computing и серверные задачи требуют значительно большей вычислительной производительности.
При сравнении необходимо учитывать конкретную модель и поколение процессора, количество ядер, графику или AI-ускоритель, тепловые ограничения и возможности охлаждения готового устройства.
Оперативная память и накопители
Память может быть распаяна непосредственно на модуле либо устанавливаться в предусмотренные производителем слоты. В зависимости от платформы могут поддерживаться ECC и различные объёмы RAM.
Некоторые SOM имеют встроенную eMMC или другую память, тогда как основное хранилище готовой системы может располагаться на carrier board. Конфигурацию необходимо проверять для конкретного модуля.
PCI Express и высокоскоростные интерфейсы
Количество и поколение линий PCIe определяют возможности подключения сетевых контроллеров, NVMe, GPU, FPGA, ускорителей и другой высокоскоростной периферии.
Наличие процессором определённого числа PCIe-линий не означает, что все они обязательно доступны через разъём COM/SOM: необходимо проверять pinout и документацию модуля.
Графика, дисплеи и камеры
Для HMI, машинного зрения и мультимедийных систем важны поддерживаемые дисплейные и камерные интерфейсы. Их состав существенно зависит от архитектуры и форм-фактора модуля.
Например, серверно-ориентированные COM Express Type 7 системы имеют другую концепцию I/O, чем графически ориентированные Type 6 платформы. Поэтому выбирать Type только по производительности процессора неправильно.
Температурный диапазон и охлаждение
Для промышленного оборудования доступны модули с расширенным температурным диапазоном. При этом допустимая температура всей системы зависит не только от COM/SOM, но и от carrier board, памяти, накопителей, питания и конструкции охлаждения.
COM-модуль также не следует автоматически считать fanless-системой. Возможность пассивного охлаждения определяется тепловыделением конкретной конфигурации и конструкцией конечного устройства.
Жизненный цикл платформы
Для OEM-оборудования жизненный цикл особенно важен, поскольку замена COM/SOM может потребовать проверки BIOS, операционной системы, драйверов, carrier board и периферии. При проектировании следует учитывать срок доступности платформы и стратегию последующей миграции.
COM/SOM, SBC или материнская плата
Computer-on-Module предназначен прежде всего для интеграции на carrier board. Он предоставляет вычислительное ядро системы, но обычно не имеет полного набора физических разъёмов, необходимого конечному пользователю.
Одноплатный компьютер (SBC), напротив, обычно является более самостоятельной платой с процессором и основными физическими I/O непосредственно на PCB.
Промышленная материнская плата представляет собой ещё более традиционную платформу стандартного или специализированного форм-фактора с разъёмами памяти, расширения и периферии непосредственно на основной плате.
Выбор между COM/SOM, SBC и материнской платой зависит от того, разрабатывается ли собственное конечное устройство, насколько важны компактность и кастомизация I/O и требуется ли возможность последующей замены вычислительного модуля без полной переработки прикладной платы.
Основные параметры при подборе COM/SOM
- стандарт и форм-фактор: COM-HPC, COM Express, SMARC, Qseven, OSM или другой;
- версия стандарта и pinout;
- размер модуля;
- x86 или Arm архитектура;
- процессор или SoC;
- оперативная память и поддержка ECC;
- встроенная память и интерфейсы накопителей;
- PCIe и другие высокоскоростные интерфейсы;
- Ethernet и сетевые возможности;
- графические и камерные интерфейсы;
- USB, SATA, UART, CAN и другие I/O;
- энергопотребление и требования к охлаждению;
- рабочая температура;
- поддерживаемые операционные системы и BSP;
- совместимая carrier board;
- жизненный цикл и стратегия миграции.
Подбор Computer-on-Module под проект
Для подбора COM/SOM желательно предоставить требования к процессору и операционной системе, перечень необходимых интерфейсов, размеры устройства, температурный диапазон, энергопотребление и планируемый объём производства.
Если разрабатывается собственная carrier board, дополнительно необходимо определить требуемые I/O и возможности последующей миграции на следующие поколения модулей. HPI Networks поможет подобрать подходящий вычислительный модуль, carrier board или development kit и проверить совместимость компонентов по документации производителя.
