Przegląd komputerów modułowych w standardzie EDM. cz. 1

SOM i COM

SOM, czyli "System On Module", opisuje komputery przemysłowe, wykonywane najczęściej w postaci zestandaryzowanych kart procesorowych, wyposażonych w CPU, układy pamięci i interfejsy. Złącza interfejsów są w większości przypadków, poza pewnymi wyjątkami, wyprowadzane na płycie bazowej, w którą wpina się moduł procesorowy. Takie podejście zdecydowanie upraszcza i skraca czas projektowania płyty bazowej, której projekt musi uwzględniać praktycznie tylko kształt obudowy i rozkład złączy oraz miejsce na wpięcie karty SOM.

Moduły SOM mogą więc pełnić dwojaką funkcję. Najczęściej stosuje się je w docelowych konstrukcjach, gdzie oprócz już wymienionych zalet pozwalają na szybkie ulepszanie kluczowych podzespołów, gdyż wystarczy jedynie podmienić płytę SOM na nowszą, bardziej wydajną. Alternatywnie można ich np. używać jako platform deweloperskich, które pozwalają szybko stworzyć oprogramowanie, w czasie gdy równolegle prowadzone są prace projektowe nad własną, jednolitą platformą sprzętową. Warto zaznaczyć, że czasem zamiast określenia SOM, stosuje się nazwę COM - Computer On Module, dla podkreślenia faktu, że w niektórych zastosowaniach płytki procesorowe są praktycznie kompletnymi komputerami, a płyty bazowe służą przede wszystkim doprowadzeniu do nich zasilania i ewentualnie podpięciu urządzeń wejścia i wyjścia.

Do popularnych standardów SOM zalicza się m.in.: ETX, COM Express i CoreExpress. Większość z nich została opracowana już dosyć dawno temu i dotyczyła platform opartych na architekturze x86 oraz cechowała się licznymi zaszłościami historycznymi.

Nadchodzi EDM

Zupełnie nowe SOM-y zaczęły wchodzić na rynek w 2013 roku. Opracowała go m.in. tajwańska firma TechNexion, a jego nazwa to EDM, co ma być skrótem od Embedded Design Module. EDM znacząco różni się od jego poprzedników i może stanowić przełom w modułach SOM/COM. Wynika to przede wszystkim z założeń, które przyjęli jego twórcy.

EDM jest standardem otwartym, oferowanym na licencji zbliżonej do Creative Commons. Cały kod źródłowy oprogramowania, sterowników, dokumentacja, a także schematy płyt bazowych, opracowanych przez firmę TechNexion, są dostępne na stronie internetowej producenta. To niespotykane podejście ma przyczynić się do szybkiej popularyzacji tego rozwiązania. EDM jest ponadto pierwszą platformą SOM, która pozwala na zamienne stosowanie procesorów z rodziny x86 i ARM. Opracowane oprogramowanie i wszystkie elementy standardu zostały tak pomyślane, aby były kompatybilne z obiema rodzajami CPU. Umożliwia to stosowanie wielu systemów operacyjnych na modułach EDM, w tym Androida.

Warto dodać, że twórcy standardu postawili się również w roli jego opiekuna i weryfikują, czy powstające, nowe moduły są faktycznie w pełni zgodne z referencyjnym schematem płyty bazowej i z wytycznymi dotyczącymi oprogramowania. Ma to zapewnić, że znaczek EDM umieszczony na oferowanej w sprzedaży płytce SOM gwarantuje zgodność modułu i minimalizuje ryzyko projektowe, przy zamianie jednego modułu na drugi.

Odmiany EDM

Rys. 1. Formaty EDM

Aby umożliwić tworzenie różnych modułów SOM, zoptymalizowanych dla odmiennych rodzajów aplikacji, zdefiniowano trzy wielkości płytek EDM. Podstawowy standard obejmuje płytki o wymiarach 82×95 mm. Mogą one zawierać procesory ARM lub x86 i z założenia są przeznaczone do aplikacji multimedialnych, digital signage i systemów PoS. Dla aplikacji mobilnych, w których ważne są bardzo małe rozmiary kompletnego urządzenia, przygotowano standard Compact o wymiarach 82×60 mm, przy czym trzeba zaznaczyć, że pomysłodawca zdecydował, iż mogą one zawierać jedynie mikroprocesory ARM.

Opracowano też odmianę przeznaczoną tylko dla procesorów x86 o 145 mm długości (EDM Extended), przeznaczoną do aplikacji multimedialnych, systemów komunikacyjnych i bardziej wymagających platform reklamowych (digital signage). Kształt płytek i pozycje otworów montażowych przedstawiono na rysunku 1.

Dzięki utrzymaniu identycznej szerokości wszystkich trzech rodzajów modułów EDM, możliwe było zastosowanie jednolitych, zgodnych ze sobą złączy. Jednak w celu zwiększenia elastyczności tworzonych platform, zaprojektowano dwie odmiany wyprowadzeń karty, różniące się rozmieszczeniem poszczególnych linii sygnałowych - type 1 i type 2. Pierwsza z nich przeznaczona jest do prostszych i mniejszych aplikacji, podczas gdy druga do zastosowań, w których wymagane jest podłączanie zewnętrznych nośników i kart rozszerzeń, a więc do projektów o większych rozmiarach i większych wymagań co do zasobów.

Oba złącza są mechanicznie kompatybilne - mają łącznie 314 wyprowadzeń, umieszczonych po obu stronach płytki, na krawędzi karty procesorowej. Złącze to wybrano po długich analizach i konsultacjach. Jego zaletą jest fakt, iż pasuje do gniazd MXM Type III, przygotowanych na potrzeby kart graficznych PCI Express, przeznaczonych dla komputerów przenośnych. Gniazda MXM type III są powszechnie dostępne i produkowane w kilku odmianach, różniących się odległością od płyty bazowej.

Szczegóły techniczne

Rys. 2. Rozmieszczenie wyprowadzeń w EDM type 1 oraz EDM type 2

Z założenia moduły EDM mają zawierać procesor, pamięć DRAM i Flash potrzebną do bootowania procesora, obwody sterujące zasilaniem, gigabitowy interfejs ethernetowy oraz wyświetlacz. Na płytkach bazowych powinny natomiast się znaleźć układy audio, kontrolery wejść i wyjść (w tym, np. interfejsów dotykowych), układy sensorów, itp. Trzy formaty oraz dwa, częściowo kompatybilne rodzaje wyprowadzeń, a także obsługa dwóch kompletnie odmiennych architektur procesorów mają umożliwić maksymalną skalowalność projektów, opracowanych z użyciem modułów EDM.

Interfejs kart EDM zakłada wytrzymałość prądową na poziomie 0,5 A na wyprowadzenie oraz do 50 V_DC. Wspólne wyprowadzenia dla złączy EDM type 1 i EDM type 2 obejmują linię zasilania 5 V_DC, interfejsy gigabit LAN, LVDS/Embedded Display Port, HDMI/Display Port, PCIexpress x2, SATA, USB OTG, USB Host, SPDIF, I²S, CAN, interfejs kart SD, 2×SPI, 2×UART, 2×PC, interfejsy GPIO i przycisków, RTC, wyjście watchdoga i 13 wyprowadzeń zarezerwowanych na przyszłość.

Różnice pomiędzy odmianami standardu sprowadzają się do fragmentu jednej strony złącza. W wersji EDM type 1 znajdują się tam wyprowadzenia wyświetlacza RGB TTL, GPMC (General Purpose Memory Controller Bus - Local Bus) i drugi interfejs I²S. W wersji EDM type 2 umieszczono interfejs LVDS/Embedded Display Port, drugi interfejs HDMI/Display Port, dodatkowe 4 linie PCIexpress, dodatkowy interfejs SATA oraz interfejsy LPC (Low Pin Count Interface) i HD Audio. Rozmieszczenie wyprowadzeń zostało przedstawione na rysunku 2.

Marcin Karbowniczek
Unisystem
www.unisystem.pl