SOM-järjestelmämoduulien OSM-standardin kuvaus

SOM (System-on-Module) -standardit

Tuotesuunnittelijat, ratkaisuarkkitehdit ja järjestelmäinsinöörit ovat ottaneet käyttöön erilaisia SOM-järjestelmämoduulistandardeja, kuten SMARC ja Qseven (kuva 1). SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies) on kansainvälinen voittoa tavoittelematon yritysten ja organisaatioiden yhteenliittymä, joka tekee yhteistyötä ja kehittää riippumattomia spesifikaatioita sulautettua tietokoneteknologiaa varten. Teollisuusstandardin mukaisten SOM-järjestelmämoduulien valinta tarjoaa paremmin skaalautuvan teknologian ja mahdollistaa valmistajien välisen yhteentoimivuuden hyödyntämisen.

SGeT on hiljattain määritellyt uuden SOM-standardin OSM (Open Standard Module) eli avoimen standardimoduulin. Järjestelmämoduuli on juotettava, mikä on uniikki lisäarvoehdotus. Standardi mahdollistaa lujatekoisemmat tuotteet LGA-rakenteen ja pintaliitostekniikan ansiosta.

Kuva 1: SOM-standardeihin kuuluvat SMARC, Qseven ja OSM.  (Kuvan lähde: iWave)

OSM-standardin kuvaus

Open Standard Module, uusin järjestelmämoduuleja koskeva teollisuusstandardi, julkaistiin joulukuussa 2020. SGeT julkaisi OSM 1.0 -spesifikaation luodakseen uuden, tulevaisuuden vaatimukset täyttävän ja monipuolisen standardin pienikokoisille ja edullisille sulautetuille tietokonemoduuleille. OSM on yksi ensimmäisiä suoraan juotettavien ja skaalautuvien sulautettujen tietokonemoduulien standardeja.

OSM tekee tuloaan teollisuuteen postimerkin kokoisilla sulautetuilla tietokonemoduuleilla, jotka korvaavat luottokortin kokoiset moduulit. OSM mahdollistaa MCU32-, Arm®- ja x86-arkkitehtuureihin perustuvien sulautettujen moduulien kehittämisen, valmistamisen ja jakelun. OSM-moduulin tärkeimpiin ominaisuuksiin kuuluvat:

1. Täysin koneellisesti prosessoitava juottamisen, kokoonpanon ja testauksen aikana
2. Valmiiksi tinapinnoitettu LGA-kotelo voidaan juottaa suoraan ilman liitintä
3. Valmiiksi määritellyt pehmeät ja kovat rajapinnat
4. Avoimen lähdekoodin ohjelmisto ja laitteisto

Tätä uutta standardia on saatavana neljässä eri koossa: nollakoko, pieni, keskikoko ja suuri. LGA-koskettimien lukumäärä vaihtelee moduulin koon mukaan (kuvat 2a ja 2b). Nämä neljä eri kokoluokkaa liittyvät toisiinsa.

Kuva 2a: OSM-standardin koot, mitat ja nastamääritykset. (Kuvan lähde: iWave)

Kuva 2b: OSM-standardin koot värikoodattu kuvan 2a mukaisesti. (Kuvan lähde: iWave)

Avoimen standardin moduuli käyttää symmetristä LGA-koteloa moduulin piirilevyn liittämiseksi peruspiirilevyyn. Valmistaja voi valita kosketintekniikan FTGA (Fused Tin Grid Array), ENIG LGA tai BGA. Lisäksi spesifikaatiot sallivat, että moduulinvalmistajat käyttävät erilaisia korkeuksia sovelluksen vaatimusten mukaan, sekä laajennusmahdollisuuden ”piirilevyvälikappaleen” avulla.

Moduulit tarjoavat S-koosta alkaen videoliitännät enintään yhdelle RGB:lle ja 4-kanavaiselle DSI:lle. M-koon moduulit voivat lisäksi tukea tekniikkaa 2x eDP/eDP++, ja L-koon moduulit tarjoavat kaksi LVDS-liitäntää grafiikkaa varten. Maksimikonfiguraatiot voivat siten tarjota jopa kuusi rinnakkaista videolähtöä. Kaikki moduulit S-koosta ylöspäin sisältävät lisäksi 4-kanavaisen kamerasarjaliitännän (CSI). L-koon moduuleissa on jopa 10 PCIe-kaistaa oheislaitteiden nopeaa liitäntää varten, M-koko tarjoaa 2x PCIe x1 ja S-koko 1x PCIe x1. 0-koon moduulit eivät sisällä niiden äärimmäisen pienen pinta-alan vuoksi mitään mainituista I/O-liitännöistä. Sen sijaan ne tarjoavat kaikki OSM-spesifikaatiossa luetellut rajapinnat, mikä mahdollistaa jopa 5x Ethernet -viestinnän järjestelmien välillä.

Kaikkiin moduuleihin kuuluu dedikoitu viestintäalue, joka tarjoaa 18 nastaa erilaisten langattomien tekniikoiden antennisignaaleja varten ja 19 nastaa valmistajakohtaisia signaaleja varten.

Miksi valita OSM-moduuli?

OSM-moduulin tärkeimpiä etuja ovat piirilevylle juotettava tärinää kestävä moduuli, kompakti koko pienimmällä nastan ja pinta-alan välisellä suhteella sekä teknologian skaalautuvuus.

Koska moduuli voidaan juottaa suoraan kantakorttiin, se sopii tärinälle alttiisiin ja kompaktia kokoa edellyttäviin tuotteisiin. Esimerkki tästä on kaksipyöräisen sähköajoneuvon liitäntäklusteri. OSM-moduulit tarjoavat suunnittelijoille ratkaisun ihanteellisella skaalautuvuuden, koon ja hinnan yhdistelmällä.

IoT-sovellusten määrän kasvaessa tämä standardi auttaa yhdistämään modulaarisen sulautetun tietojenkäsittelyn tarjoamat edut kustannuksia, kokoa ja liitäntöjä koskeviin kasvaviin vaatimuksiin. OSM-moduulin potentiaalisia sovelluksia ovat sulautetut IoT-verkkoon kytketyt järjestelmät sekä IoT- ja reunajärjestelmät, jotka käyttävät avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmiä ja joita käytetään vaativissa teollisuusympäristöissä.

iWaven OSM-järjestelmämoduulivalikoima

SOM-moduulien suunnittelussa ja valmistuksessa johtava iWave Systems toi äskettäin markkinoille uuden tuotteen iW-RainboW-G40M (kuva 3): juotettavan i.MX 8M Plus OSM-moduulin. iW-Rainbow-G40M integroi tehokkaan i.MX 8M Plus -prosessorin kompaktiin OSM 1.0 -standardiin ja tuo näin tehokkaat tekoäly- ja koneoppimistoiminnot kompaktiin moduuliin.

Kuva 3: iW-G40M-järjestelmämoduulin ylä- ja alapuoli. (Kuvan lähde: iWave)

Kaksi kuvasignaaliprosessoria (ISP) ja dedikoitu neuroverkkoprosessori jopa 2,3 TOPS:lla tekevät i.MX 8M Plus -moduulista ihanteellisen ratkaisun älykkääseen kotiin, älykkäisiin kaupunkeihin, teolliseen IoT -teknologiaan ja paljon muuhun koneoppimisen, näön ja kehittyneiden multimediaominaisuuksien ansiosta.

Moduulin tärkeimmät ominaisuudet

• i.MX 8M Plus dual/quad lite/quad
• 2 GB LPDDR4 (enintään 8 GB)
• 16 GB eMMC (enintään 256 GB)
• Wi-Fi (802.11b/g/n/ac/ax) (ax on valinnainen)
• Bluetooth 5.0
• 2 CAN-FD-porttia
• 2 RGMII-liitäntää
• PCIe 3.0 x 1
• LVDS x 2
• L-koon LGA-moduuli

Moduuli tarjoaa tuotesuunnittelijoille joustavan ja skaalautuvan vaihtoehdon ja lyhentää samalla tuotteiden markkinoilletuontiaikaa. Prosessori tarjoaa teolliset liitännät, kuten CAN-FD, aikaherkän verkkotekniikan (TSN) ja huippunopeat liitännät, ja on erinomainen ratkaisu Teollisuus 4.0- ja automaatiojärjestelmiin, jotka tukevat multimediatietojen älykästä ja nopeaa käsittelyä.

Suunnittelija voi nopeuttaa markkinoilletuontiaikaa ja pienentää riskejä kehityspaketin ja tuotantovalmiin SOM-piirin avulla. Moduuli on käyttövalmis, ja sen mukana toimitetaan kaikki tarvittavat ohjelmistoajurit ja BSP:t Ubuntu-, Android- ja Linux-ohjelmistotuella.