In intelligenten Anwendungen der Prozess-, Industrie- und Gebäudeautomatisierung finden immer mehr standardisierte Computer-On-Module (COMs) Verwendung. Die sofort einsetzbaren Embedded-Module bieten aktuelle Standard-PC-Funktionen und werden in unterschiedlichen Varianten mit skalierbarer Leistung angeboten. Über einen gängigen COM-Stecker werden sie einfach auf ein Baseboard gesteckt, auf dem alle anwendungsspezifischen Funktionen realisiert sind. Damit lassen sich nicht nur die Entwicklungskomplexität und die Kosten reduzieren, sondern auch die Time-to-Market des kompletten Systems optimieren.
Die Mehrzahl der heute verwendeten Embedded-Module entspricht in Größe und Leistung den definierten, international anerkannten Standards. In den letzten Jahren haben sich die Formfaktoren COM Express der PICMG-Organisation und Qseven des SGeT-Vereins durchgesetzt. Bei der SGeT beteiligen sich derzeit über 50 Unternehmen, die sich die Entwicklung und Verbreitung offener Spezifikationen auf die Fahne geschrieben haben. Auch MSC Technologies ist aktiv in die Standardisierung von COMs involviert und hat in der SMARC 2.0 Arbeitsgruppe den neuen SMARC 2.0 Standard (Smart Mobility ARChitecture) mit entwickelt. Zielsetzung war dabei, einen den heutigen Anforderungen entsprechenden und zugleich zukunftssicheren Standard für Embedded-Module in kleinen Formfaktoren zu definieren, der gleichermaßen für ARM/RISC-CPUs und x86-Prozessoren geeignet ist.
Der neue Standard
Mit 314 Anschlüssen ist das SMARC 2.0 Modul speziell für die Anwendungen in der Industrie ausgelegt. Der neue SMARC-Stecker ist für die Aufnahme der aktuellen Hochgeschwindigkeitsschnittstellen optimiert und umfasst im Vergleich zur früheren SMARC 1.1 Spezifikation eine zweite LVDS-Schnittstelle, einen zweiten Ethernet Port, IEEE1588-Trigger-Signale, eine vierte PCI Express Lane, weitere USB Ports 2.0 und 3.0, x86-Power-Management-Signale, eSPI und DP++. Der SMARC 2.0 Standard sieht die zwei unterschiedlichen Modulgrößen 82 x 50 mm und 82 x 80 mm vor und ist damit gut vorbereitet für alle x86- und ARM-Low-Power-Prozessoren.
Das SMARC 2.0 Modul SM2S-IMX6 von MSC basiert auf dem i.MX6 System-on-Chip von NXP und unterstützt Quad-, Dual- und Single-Core-CPUs. Als Prozessoren stehen der i.MX6 Quad, Dual, DualLite oder Solo zur Auswahl. Das Modul hat man jedoch bereits auf die kommenden QuadPlus und DualPlus ausgelegt, die eine höhere Rechen- und Grafikleistung erbringen sollen. Das Modul verfügt über bis zu 4 GByte DRAM und bis zu 64 GByte eMMC Flash; ein Micro-SD-Kartenschacht erlaubt das Einsetzen von Flash-Karten beliebiger Kapazität. An den HDMI- und LVDS-Grafikschnittstellen lassen sich drei Anzeigen bis zu einer Full-HD-Auflösung anschließen. Das zum Modul passende Träger-Board MSC SM2-MB-EP1 im Mini-ITX-Format erlaubt den Zugriff auf die meisten Funktionen des SMARC 2.0 Standards.
Unterschiede im Formfaktor
Der aktuelle Qseven-Standard, der kompakte Module einer Größe von 70 mm x 70 mm spezifiziert, unterstützt bereits die x86- als auch die ARM/RISC-Architektur. Da die Qseven-Module auf eine maximale Thermal Design Power (TDP) von circa 12 W ausgelegt sind, kommen hier vor allem verlustleistungsarme ARM- und Intel-Atom-Prozessoren zum Einsatz, die allerdings in ihren Leistungsdaten begrenzt sind. Den High-End-Markt mit leistungsfähigen Modulen adressiert vor allem COM Express mit zum Beispiel einem Intel-Core-Prozessor der sechsten Generation. COM-Express-Module sind als Typ 2 und Typ 6 im Basic- (125 mm x 95 mm) und Compact-Formfaktor (95 mm x 95 mm) verfügbar, einem Typ 10 im Mini-Formfaktor von 84 mm x 55 mm gibt es auch.
Standardisierte Computer-On-Module unterschiedlicher Formfaktoren und Leistungsklassen kommen den heutigen Erwartungen zahlreicher OEM-Kunden entgegen. Die leistungsstarken Module erlaubt es, kundenspezifische Systeme schnell und kostenoptimiert zu entwickeln. Selbst bei niedrigen Stückzahlen lassen sich flexible Konfigurationen und eine hohe Individualität der Embedded-Produkte realisieren. Voraussetzungen für zukünftige Märkte wie die Gebäudeautomatisierung, die Energietechnik oder das Internet of Things (IoT) sind neben intelligenten Kommunikationsstrukturen vor allem skalierbare Low-Power-Prozessortechnologien. Die Embedded-Hardware muss zuverlässig im 24/7-Betrieb laufen und über ausgefeilte Sicherheitsfunktionen verfügen, um die Datensicherheit der Kommunikation und der Schutz der Hardware gegen Spionage- und Hacker-Angriffe von außen zu gewährleisten. Schon jetzt verfügen Computer-On-Module standardmäßig über spezielle Securitymerkmale und tragen damit zur Systemsicherheit bei.
Eingefangen: Hiesige Entwicklung und Produktion
MSC Technologies, Anbieter für Embedded- und Display-Systeme, entwickelt und fertigt alle Embedded-Modulfamilien in Deutschland. Jens Plachetka, Manager Embedded Boards: „Nur wenn wir die Entwicklung und Fertigungsdienstleistung im Haus zur Verfügung haben, können Projekte mit der von unseren Kunden gewünschten Stückzahl in der benötigten Qualität und Flexibilität durchgeführt werden. Wir wollen in den nächsten Jahren unsere Engineering-Kompetenz, das heißt die Kombination aus Entwicklungs- und Fertigungs-Know-how, stärker am Markt etablieren und vorantreiben.“
