תיאור תקן OSM עבור מערכת-על-מודול

תקני מערכת-על-מודול

תקנים שונים של מערכת-על-מודול, כגון SMARC‏ ו-Qseven‏ (איור 1‏), אומצו על ידי מתכנני מוצרים ופתרונות ומהנדסי מערכות. SGeT‏ (Standardization Group for Embedded Technologies), התאגדות בינלאומית ללא מטרות רווח של חברות וארגונים, משתפת פעולה ומפתחת מפרטים עצמאיים עבור טכנולוגיית מחשבים משובצים. בחירת תקן תעשייה עבור מערכת-על-מודול מסייעת למדרגיות (Scalability) הטכנולוגיה וממנפת יכולת פעולה-בינית בין ספקים.

לאחרונה הוגדר תקן חדש עבור מערכת-על-מודול על ידי SGeT‏ – Open Standard Module‏ (OSM‏), עם הצעת ערך ייחודית שהיא מערכת ניתנת-להלחמה על מודול. התקן מאפשר שכבה נוספת של עמידות עם תכן LGA וטכנולוגיית הרכבה משטחית.

איור 1‏: תקני מערכת על מודול כולל SMARC, Qseven ו-OSM.  (מקור התמונה: iWave)

תיאור תקן OSM‏

תקן Open Standard Module‏ (OSM‏), התקן העדכני ביותר בתעשייה עבור מערכת-על-מודול, הושק בדצמבר 2020. כדי ליצור תקן חדש מובטח-לעתיד וורסאטילי עבור מודולי מחשב משובצים בגודל קטן ובעלות נמוכה, SGeT פרסמה את מפרט OSM 1.0. OSM הוא אחד התקנים הראשונים עבור מודולי מחשב משובצים ניתנים-להלחמה מדרגיים (Scalable‏).

תקן OSM עושה את דרכו לתעשייה עם מודולי מחשב משובצים בגודל בול דואר על ידי החלפת מודולים בגודל כרטיס אשראי. ה-OSM מאפשר פיתוח, ייצור והפצה של מודולים משובצים עבור ארכיטקטורות MCU32‏, ®ARM‏ ו-x86‏. המאפיינים העיקריים של מודול OSM כוללים:

1. ניתן לעיבוד מכונה במלואו במהלך ההלחמה, ההרכבה והבדיקה
2. מארז LGA‏ מצופה בדיל מראש עבור הלחמה ישירה ללא מחבר
3. ממשקים רכים וקשים מוגדרים-מראש
4. מקור-פתוח בתוכנה ובחומרה

הסטנדרט החדש-לגמרי תומך בארבעה גדלים שונים של אפס, קטן, בינוני וגדול, עם מגעי LGA שונים הקיימים על המודול (איורים 2a ו-2b). ארבעת גורמי הצורה השונים יכולים להיבנות זה על גבי זה.

איור 2a‏: טבלה של גדלים, גורמי צורה, ומערכי-פינים סטנדרטיים של OSM‏. (מקור התמונה: iWave)

איור 2b‏: גדלים סטנדרטיים של OSM‏ עם קידוד צבעים בהתאם לאיור 2a‏. (מקור התמונה: iWave)

המודול הסטנדרטי הפתוח משתמש במארז LGA סימטרי לחיבור ה-PCB של המודול ל-PCB של לוח הבסיס. ניתן להשתמש במערכי Fused Tin Grid Array‏, ENIG LGA‏ או BGA כטכנולוגיות המגעים, לפי שיקול דעתו של היצרן. המפרט מאפשר גם לספקי מודולים לאמץ גבהים שונים בהתאם לדרישות, עם אפשרות להארכה באמצעות "מרווח PCB".

מודולים מגודל-S ומעלה מציעים ממשקי וידאו עבור עד 1x RGB ו-DSI‏ 4-ערוצים. מודולים בגודל M יכולים לתמוך בנוסף ב-++2x eDP/eDP, וגודל-L מוסיף ממשק 2x LVDS עבור גרפיקה. לפיכך תצורות מקסימליות יכולות לספק עד שש יציאות וידאו במקביל. כל המודולים מגודל S ומעלה מציעים גם ממשק מצלמה טורי 4 ערוצים (CSI). מודולים בגודל L מספקים עד 10 נתיבי PCIe עבור חיבור מהיר של ציוד היקפי; גודל M מציע 2x PCIe x1, וגודל S‏-1x PCIe x1. לאור חתימת-השטח הממוזערת ביותר, מודולים בגודל 0 אינם כוללים באף אחד מה-I/O שהוזכרו, אך הם כן מציעים את כל הממשקים המפורטים במפרט OSM, המספק עד ‎5x Ethernet עבור תקשורת מערכת-למערכת.

בכל המודולים קיים אזור תקשורת ייעודי, המספק 18 פינים עבור אותות אנטנה עבור טכנולוגיות אלחוט שונות, וקיימים 19 פינים עבור אותות ספציפיים-ליצרן.

מדוע לשקול OSM?

היתרונות העיקריים של מודול OSM כוללים מודול ניתן-להלחמת PCB עם עמידות בפני רעידות, גורם צורה קומפקטי עם יחס פינים-לשטח הקטן ביותר ומתן אמצעי עבור מדרגיות טכנולוגית.

מכיוון שניתן להלחים את המודול ישירות על הכרטיס הנושא, המודול מתאים עבור מוצרים המועדים לרעידות ודורשים גורם צורה קומפקטי. אחת הדוגמאות היא מקבץ החיבוריות עבור רכב דו-גלגלי חשמלי. מודולי OSM מספקים למתכננים פתרון עם שילוב אידיאלי של מדרגיות, גורם צורה ועלות.

עבור מספר הולך וגדל של יישומי IoT, תקן זה עוזר לשלב את היתרונות של מחשוב משובץ מודולרי עם דרישות הולכות וגדלות לגבי עלויות, מקום וממשקים. היישומים הפוטנציאליים של מודול OSM כוללים מערכות משובצות מחוברות-IoT‏, IoT‏ ומערכות קצה המריצות מערכות הפעלה עם קוד-פתוח ומשמשות בסביבות תעשייתיות קשות.

סל מוצרי iWave‏ של מערכת-על-מודול

iWave Systems, מובילה בתכנון וייצור של מערכות על מודולים, השיקה לאחרונה את iW-RainboW-G40M‏ (איור 3): מודול i.MX 8M Plus OSM ניתן-להלחמה. ה-iW-Rainbow-G40M משלב מעבד i.MX 8M Plus רב-עוצמה בתקן OSM 1.0 הקומפקטי, ומספק יכולות בינה מלאכותית ולמידת מכונה במודול קומפקטי.

איור 3: החלק העליון והתחתון של מערכת-על-מודול iW-G40M. (מקור התמונה: iWave)

שני מעבדי אותות תמונה (ISP) ומעבד רשת נוירונית ייעודי של עד 2.3‎ TOPS הופכים את ה-i.MX 8M Plus למתאים אידיאלית ב-Smart Home, Smart City, Industrial IoT ומעבר לזה, עם יכולות למידת מכונה, ראייה ומולטימדיה המתקדמות שלו.

מאפיינים עיקריים של המודול

• i.MX 8M Plus dual/quad lite/quad
• ‎2 GB LPDDR4 (עד ‎8 GB)
• ‎16 GB eMMC (עד ‎256 GB)
• (Wi-Fi (802.11b/g/n/ac/ax‏ (ax הוא אופציונלי)
• Bluetooth 5.0‏
• 2 נקודות-חיבור CAN-FD
• 2 ממשקים RGMII
• PCIe 3.0 x 1
• LVDS x 2
• מודול LGA בגודל L

המודול מספק למתכננים אפשרות גמישה ומדרגית עבור המוצר שלהם תוך קיצור זמן היציאה לשוק. עם האמצעים עבור ממשקים תעשייתיים כגון CAN-FD, רשתות רגישות-לזמן וממשקים במהירות גבוהה, המעבד מתאים באופן אידיאלי עבור Industry 4.0 ומערכות אוטומציה התומכות בעיבוד חכם ומהיר של נתוני מולטימדיה.

באמצעות ערכת פיתוח ו-SOM מוכן-לייצור, המתכננים יכולים להאיץ את זמן היציאה לשוק עם סיכון מופחת. המודול הוא מוכן-ליישום ומגיע עם כל דוחפי התוכנה הדרושים ו-BSP עם תמיכה בתוכנות של Ubuntu‏, Android‏ ו-Linux‏.