Welcher Formfaktor passt am besten?
Mit der Verfügbarkeit neuer Spezifikation fragen sich viele Embedded-Systeme-Entwickler, welche Formfaktoren sie nutzen sollen.
Zuerst zur Beruhigung: das bekannte Mantra «Never change a running system» gilt auch weiterhin. Entwickler, die ihre Systeme auf der Basis von COM Express Mini oder Qseven entworfen haben, haben sich für eine zuverlässige Plattform entschieden und können auch in den kommenden Jahren mit beiden Formfaktoren arbeiten. Aber welche Empfehlung gibt es für neue Systemdesigns? Was sollten die Systemdesigner hier beachten? Es gibt keine einfache Antwort auf diese Frage, und man braucht einen gewissen Einblick in den Markt, um eine gute Entscheidung zu treffen.
COM Express Mini
Beim COM-Express-Mini-Formfaktor, der 2012 von der PICMG als Derivat der COM- Express-Basic- und COM-Express-Compact-Formfaktoren ratifiziert wurde, sah man bislang nicht die Notwendigkeit, ARM-Prozessoren zu integrieren, sondern blieb innerhalb des x86-Ökosystems. Anders hingegen bei Qseven und SMARC. Wenn man also ARM-basierte Designs oder Designs anwendet, die beide Prozessorarchitekturen enthalten sollen, dann lässt sich COM Express Mini aus der Auswahlliste streichen, da COM Express diese Architektur nicht unterstützt.
Auf der anderen Seite bietet COM Express aber auch Vorteile, die kein anderer Modul-Formfaktor bieten kann: Als führender Modulstandard verfügt er über die längsten Wurzeln, da COM Express bereits 2003 als ETX Express eingeführt und 2005 von der PICMG übernommen wurde. Folglich ist das kreditkartengrosse COM-Express-Mini-Modul ins etablierte und umfassende COM-Express-Ökosystem komplett eingebettet.
Skalierbarer Standard
Dank einheitlicher Verbindungstechnologie und Konstruktionsleitfäden können Entwickler viele Funktionen wiederverwenden, auch wenn sich die Pin-Outs der Modulgrössen in einigen Bereichen unterscheiden: COM Express Basic und Compact werden mit Pin-Out Typ 6 – und neu auch mit Typ 7 – für Server angeboten; COM Express Mini wird zudem mit COM Express Type 10 Pin-Out angeboten.
Dennoch haben die Entwickler einen Standard, den sie nutzen können, um ihre Designs auf Basis von COM Express zu skalieren, von Mini-Modulen mit Intel-AtomProzessoren bis hin zu Intel-Xeon-D-Prozessoren für das Server-Segment. Aber wenn Designs nicht mit weiteren COM-Express-Designs in Verbindung stehen, dann erscheinen Qseven und SMARC 2.0 noch attraktiver. Doch was unterscheidet Qseven von SMARC 2.0?
230 oder 314 Pins
Der Unterschied zwischen Qseven und SMARC lässt sich einfach erklären: Auf der Steckerseite bietet Qseven 230 Pins und SMARC 314. SMARC ist eher auf leistungsfähige Multimediaanwendungen ausgerichtet, während Qseven mehr I / Os anbietet, die in tief eingebetteten Applikationen gefordert sind. Alle weiteren Vorteile sind vergleichbar. Beide Standards ermöglichen aufgrund ihrer Flachsteckverbindungen eine schlankere Konstruktion im Vergleich zu COM Express.
Der Unterschied in der Interface-Anzahl zwischen Qseven und SMARC 2.0 ist auch so etwas wie ein Preisindikator für kreditkartengrosses Design: Qseven ist für weniger komplexe Designs entwickelt und SMARC für High-End-Applikationen. Generell hängt jede Entscheidung also davon ab, was die Aufgabe des Embedded-Systems werden soll.
Qseven-Interfacesvs. SMARC-2.0-Interfaces
Qseven ist ideal für industrielle und tief eingebettete Designs. Es bietet hervorragende Peripherieunterstützung über bis zu 2× USB 3.0, 8× USB 2.0 sowie bis zu 4× serielle Interfaces oder CAN-Bus. Zusätzlich können bis zu zwei MIPI-CSI-Kameras über einen Flachfolienstecker am Modul angeschlossen werden. Für die Internet-Konnektivität verfügt es über einen Gigabit-Ethernet-Port, und für den Display-Support können Qseven-Module mit bis zu drei unabhängigen Displays aufwarten.
SMARC unterstützt bis zu vier voneinander unabhängige Displays. Zudem wird Audio parallel um High Definition Audio und I² S erweitert, was bei vielen mobilen Consumer-Devices üblich ist. Im Gegensatz zu Qseven werden auch Kameraeingänge über den Konnektor ausgeführt.
Grosse Auswahl an Funkprotokollen
Ein besonderes Feature von SMARC 2.0 ist die Unterstützung drahtloser Technologien auf dem Modul selbst. Für diese Aufgabe hat die Spezifikation einen speziellen Bereich auf dem Modul reserviert, der für die Platzierung von Mini-HF-Steckverbindern vorgesehen ist. Alle SMARC-2.0-Module mit Wireless-Funktionalität haben diese Anschlüsse an der gleichen Position, um eine gleichmässige Austauschbarkeit zu gewährleisten. Idealerweise ist die Konnektivität für Logikgeräte wie WLAN und Bluetooth in einer modularen Weise und in Einklang mit der M.2-1216-Interface-Spezifikation integriert. Dies erlaubt eine breite Auswahl an Funkprotokollen, was wiederum Anpassungen an Applikationen des Anwenders sehr flexibel macht.
Darüber hinaus unterstützt SMARC 2.0 auch 2× Gigabit Ethernet, was ein besonderer Vorteil für IoT-angebundene Applikationen ist, da es zwei unabhängige Netzwerke ermöglicht, bei denen die Logik- und Sicherheitsaspekte vollständig getrennt sind. Zudem kann man auch kabelsparende Linien- und sogar redundante Ringtopologien mit diesem doppelten Ethernet umsetzen.
Auf die richtige Wahl kommt es an
Die Ermittlung des passenden Formfaktors ist ein wichtiger Schritt im Evaluierungsprozess. Seien es robuste Mobile Devices, In-Vehicle-Systeme, IoT-Appliances und Gateways oder auch Thin Clients sowie besonders kleine Edge- und Cloud-Server. Alle drei Modulstandards bieten ihre eigenen, entscheidenden Vorteile.
Mindestens so wichtig ist aber auch die Wahl des richtigen Modulherstellers. Hier lohnt es sich, darauf zu achten, dass man Hersteller wählt, die auf effiziente Integrationsprozesse setzen. Sie machen es einem besonders einfach, Embedded-Module zu verwenden. Ein Indikator dafür ist, dass sie in der Regel nicht nur einige, sondern alle Formfaktoren anbieten. Dies garantiert auch eine bessere Beratung. Zudem besteht die Möglichkeit, bei einem einzigen Hersteller von einem zum anderen Formfaktor zu wechseln.
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