W artykule skupimy się na systemach szybko rozwijającej się polskiej firmy – SoMLabs – produkującej komputery SOM (System-on-Module). Bazują one na mikroprocesorach produkowanych przez dwie renomowane firmy półprzewodnikowe: NXP i STMicroelectronics, których SoMLabs jest oficjalnym partnerem. Dzięki temu oferowane SOM-y mają gwarantowany m.in. długi czas dostępności, bazujący na systemach zarządzania życiem produktów obydwu dostawców.
W ofercie SoMLabs znajduje się kilka podstawowych modeli komputerów SOM, z których każdy występuje w kilku wariantach o różnym wyposażeniu. W zależności od wymogów docelowej aplikacji moduły mogą być wyposażone w różne rodzaje i pojemności pamięci Flash i DRAM, opcjonalnie dostępny jest "pokładowy" moduł WiFi/BLE4.2 firmy Murata.
W tabeli zestawiono podstawowe cechy i parametry dostępnych modułów z rodziny VisionSOM. Jak widać, firma SoMLabs oferuje obecnie szerokie portfolio modułów, które są w stanie zaspokoić wymagania różnorodnych aplikacji, począwszy od realtime’owego modułu VisionSOM-RT aż po moduły VisionSOM-8Mmini, wyposażone w multimedialne mikroprocesory wielordzeniowe.
W aplikacjach operujących zaawansowaną grafiką (jak np. OS Android) przydatne będą koprocesory graficzne GPU wbudowane w procesory użyte w modułach VisionSOM, których jednym z atutów jest kompatybilność z API OpenGL ES oraz – wybranych modeli OpenGL Vulkan. To wyposażenie SOM w połączeniu z szybkimi pamięciami DRAM (w zależności od typu modułu zastosowano pamięci typu DDR3L lub LPDDR4) umożliwia wygodne implementowanie renderowanych grafik 3D, które są coraz częściej używanym elementem współczesnych HMI. Dostępne w SOM-ach lokalne interfejsy SPI/I²C można wykorzystać m.in. do obsługi touchpaneli, które wraz z wyświetlaczami pozwalają tworzyć dynamiczne, responsywne interfejsy użytkownika (przykłady takich realizacji przygotowanych w celach demonstracyjnych pokazano na fot. 1 i 2).
Dobór procesorów i rozwiązań układowych w prezentowanych SOM-ach zapewnia konstruktorom interfejsów HMI kompletną "mechanikę" skalowania poboru mocy. Jednym z jej elementów jest automatyczne dobieranie napięcia zasilającego CPU
w zależności od aktualnych wymagań uruchomionej aplikacji. Takie rozwiązanie minimalizuje konieczność stosowania radiatorów lub innych rozwiązań wspomagających odprowadzanie ciepła z modułów, podnosząc jednocześnie długoterminową niezawodność całego systemu.
Podstawowe warianty SOM firmy SoMLabs przystosowane są do pracy w przemysłowym zakresie temperatur, dzięki czemu możliwe jest ich aplikowanie w urządzeniach o podwyższonych wymaganiach temperaturowych i klimatycznych. Stosowaniu modułów VisionSOM w wymagających aplikacjach przemysłowych sprzyja także użyte przez producenta złącze krawędziowe SODIMM, którego cechy mechaniczne, elektryczne oraz odporność na korozję oraz inne zanieczyszczenia zapewniają długotrwałą, stabilną pracę urządzenia.
Rozwiązania sprzętowe oferowane przez firmę SoMLabs są przystosowane do pracy z systemami operacyjnymi FreeRTOS, Linux lub Android. Dla tych systemów są dostępne – często bezpłatnie – biblioteki graficzne oraz narzędzia do tworzenia GUI (Graphic User Interface), na bazie których można implementować różnorodne funkcjonalności HMI. Za pomocą dostępnych narzędzi software’owych w projektowanych interfejsach użytkowników z grafikami można wygodnie łączyć także różnorodne elementy multimedialne, w tym między innymi strumienie wideo lub treści pobierane na przykład z chmurowych baz danych.
|
Jednym z atutów rodziny komputerów VisionSOM jest możliwość skalowania ich mocy obliczeniowej. Modele VisionSOM-RT, VisionSOM-6ULL oraz VisionSOM-STM32MP1 są ze sobą wzajemnie wymienne. W zależności od potrzeb konstruktor może więc użyć w swojej aplikacji – bez konieczności modyfikowania rozwiązań sprzętowych – MCU z rdzeniem Cortex-M7, MPU z jednym rdzeniem Cortex-A7 lub wielordzeniowego układu heterogenicznego MPU 2 × Cortex-A7 + Cortex-M4. Film ilustrujący łatwość wzajemnej wymiany modułów VisionSOM-RT i VisionSOM-6ULL przedstawiono na filmie opublikowanym na kanale SoMLabs na Youtube, dostępnym pod adresem https://www.youtube.com/watch?v=3AeuFXkgQ2Q |
Uproszczony schemat blokowy typowego systemu HMI bazującego na SOM pokazano na rysunku 1. Duża liczba i różnorodność interfejsów komunikacyjnych charakteryzujących wyposażenie mikroprocesorów użytych w SOM-ach firmy SoMLabs (od SPI/I²C/UART, przez USB i CAN, aż po Ethernet Gb) pozwala na integrację w HMI danych pobieranych bezpośrednio z różnego rodzaju sensorów i sterowanie pracą elementów wykonawczych. Duża moc obliczeniowa MPU umożliwia ponadto bezpośrednią, lokalną implementację różnego rodzaju regulatorów, których reakcje można lokalnie konfigurować.
Rozwiązania HMI bazujące na komputerach SOM zapewniają możliwość 100-procentowej customizacji i precyzyjnego dopasowania – na każdym poziomie – do wymogów aplikacji i użytkowników, ale nie są niestety rozwiązaniem dla każdego. Ich użycie wiąże się z koniecznością przygotowania zaawansowanego projektu elektronicznego oraz napisania odpowiedniego oprogramowania, co jest zadaniem dość wymagającym. Na szczęście jednak pomocy w jego realizacji może udzielić producent prezentowanych komputerów.
Andrzej Moczulski
Elhurt
http://som.elhurt.com.pl
