Mianem SoM lub CoM (System-on-module/computer-on-module) określamy gotowe do użycia rozwiązanie komputerowe, w skład którego wchodzi niezbędny hardware (procesor, pamięci, układ zasilania, pcb oraz interfejs) oraz software (system operacyjny, niezbędne driver’y i przypisane biblioteki. Możemy zatem mówić o kompletnej platformie wbudowanej (embedded) do przygotowywania projektów urządzeń w bardzo wielu aplikacjach. Rozwiązania te, pracujące bardzo często pod kontrola systemów Linux czy Android świetnie sprawdzają się przy projektowaniu paneli HMI, gdzie tworzenie interfejsu użytkownika jest nie tylko proste i szybkie, a jednocześnie daje bardzo zadowalające efekty. Możemy mówić tu o szeroko pojętych urządzeniach medycznych, sterownikach przemysłowych, automatyce budynkowej/domowej, urządzeniach fiskalnych, maszynach vendingowych, punktach sprzedaży i wielu innych.
Skąd tak duża popularność SoM ostatnimi czasy ? Czy przygotowywanie takich projektów na procesorze nie daje większych oszczędności, a jednocześnie przy obecnym poziomie dokumentacji, wymagając niewiele więcej pracy ? Okazuje się, że często tylko pozornie. Wykorzystywanie prostych, niedrogich mikrokontrolerów aplikacyjnych może być stosunkowo proste sprzętowo, niestety podczas budowy oprogramowania wymaga zdecydowanie więcej czasu pracy, jednocześnie mocno ograniczając rozwój docelowego interfejsu użytkownika. Systemy operacyjne dają zdecydowanie więcej elastyczności, a jednocześnie rozwiązują nam bardzo wiele problemów już na starcie. Decydując się na SoM bazujący na Androidzie, otrzymujemy sprzęt z działającym już systemem operacyjnym, a rola programisty sprowadza się do pisania aplikacji dla użytkownika. Część klientów ochoczo liczy koszt wykorzystywanych w SoM komponentów, wskazując, że własny projekt w oparciu o mocniejszy mikroprocesor oraz system operacyjny, to niższy koszt. Nie mniej, patrząc szerzej na aspekty projektowania, takie rozwiązanie bardzo rzadko jest bardziej opłacalne. Wynika to przede wszystkim z mnogości zalet komputerów wbudowanych.
Podstawowa zaletą jest przede wszystkim czas potrzebny na projekt urządzenia, a co za tym idzie wprowadzenia produktu na rynek. W oparciu o mikroprocesor czas ten wacha się średnio pomiędzy 18 a 36 m-cy. Wykorzystując SoM skracamy go do 6-18 m-cy w zależności od złożoności wymagań. Wynika to nie tylko z przygotowania przez producenta modułów, dopasowanej do sprzętu dystrybucji systemu operacyjnego (wraz ze sterownikami i niezbędnymi bibliotekami), ale głównie poprzez rozwiązanie wielu problemów związanych z implementacja procesora i jego peryferiów. Prowadzenie ścieżek o wysokiej częstotliwości, podłączenie magistral pamięci, obsługi jednego źródła zasilania, komunikacji bezprzewodowej… to wszystko wymaga zakupu dodatkowego sprzętu ewaluacyjnego, bibliotek dla programów projektowania PCB, przekopania się przez ogromna ilość dokumentacji, a w konsekwencji sporej wiedzy. Jej zdobywanie podczas projektu, to nie tylko czas, ale również zwiększone ryzyko błędów, których konsekwencje niestety mogą pojawić się już po wprowadzeniu produktu na rynek. Porównując nie tylko koszt samych komponentów, ale także rozwoju dla rozwiązań bazujących na SoM oraz mikroprocesorze, często okazuje się, ze potencjał ilościowy, dla którego projekt na MPU „od podstaw” staje się opłacalny, to wolumeny 10K i większe. Nawet dla tak dużych projektów, początki mogą bazować na SoM, tylko po to, aby szybko wprowadzić na rynek produkt wolny od wad, a optymalizacja zachodzi podczas kolejnych iteracji.
Takie rozwiązanie to także wygoda. Stosując moduły ze złączem w łatwy sposób możemy prowadzić akcje serwisowe, czy przechodzić na inne konfiguracje sprzętowe, które umożliwią nam wykorzystanie np. bardziej rozbudowanych interfejsów graficznych dla użytkownika. Łatwiejszy jest także proces zamówień oraz logistyka – klient ma do czynienia tylko z jednym komponentem, przerzucając odpowiedzialność za terminowość dostaw wielu kluczowych elementów na jednego, mocno wyspecjalizowanego i rzetelnego dostawcę. Podobnie rzecz ma się w przypadku gwarancji.
W ofercie Soyter Components klienci znajdą aż czterech uznanych producentów rozwiązań System-on-module. Polskie firmy GRINN oraz SoMLabs, izraelską firmę Variscite oraz chińskiego producenta Quectel. Klienci mogą wybierać wśród modułów lutowanych, na złączu, a także dużej liczbie dostępnych architektur i systemów operacyjnych : Windows, Android, Linux. Do wszystkich modułów dostępna jest obszerna dokumentacja software/hardware, gotowe do użycia obrazy systemów operacyjnych, a także przykłady i schematy referencyjne dla projektowania własnych płyt interfejsowych.
SoMLabs to polski producent komputerów wbudowanych, który ciekawą ofertą oraz dużym zaangażowaniem projektowym zyskuje coraz większą popularność. Główny produkt VisionSoM-6ULL bazuje na procesorze Freescale i.MX6 ULL 900MHz oraz daje możliwość wyboru kilku bardzo ciekawych konfiguracji sprzętowych. Dostępne są moduły z pamięcią NAND (do 512MB), eMMC (2GB) lub slotem karty uSD. Możemy także wybrać wersje na różne zakresy temperatur, a także wyposażone w komunikację bezprzewodowa Wi-Fi oraz Bluetooth. Nowością jest także dość innowacyjny moduł ActionSOM-7ULP bazujący na Freescale imx.7 ULP. Użytkownik ma w tym przypadku do dyspozycji dwa rdzenie : 800MHz Cortex-A7 oraz 200MHz Cortex-M4. Rozwiązanie świetnie sprawdzi się we wszystkich aplikacjach wymagających działania w czasie rzeczywistym, a jednocześnie dając wspomniane przewagi systemu operacyjnego podczas projektowania interfejsu użytkownika. SoMLabs w swoich modułach zdecydował się na użycie popularnego interfejsu SO-DIMM i montaż do PCB za pomocą złącza. Oprócz modułów dostępne są także płyty bazowe w mniej lub bardziej rozbudowanych interfejsowo wersjach oraz zestaw deweloperski wyposażony w niezbędne akcesoria. Moduły SoMLabs wspierają dystrybucje Linux (Debian, Yocto oraz Buildroot), a także Android.
Quectel to obecnie największy na świecie producent modułów do komunikacji w sieciach komórkowych. Nie mniej w swoim portfolio produktowym posiada moduły, które można zaliczyć do typowych SoM. Moduły SC20 i SC60, bo o nich mowa, oparto na procesorach Qualcomm Snapdragon SD210 oraz SD425, które pozwalają na uruchomienie systemu Android w wersji 7.1 (co jest systematycznie aktualizowane do nowszych wersji przez Quectela). Moduły nie tylko wyposażono w pamięci eMMC o pojemności od 8 do 16 GB oraz pamięci RAM o pojemnościach 1GB oraz 2GB, ale również w bogaty zestaw dodatkowych funkcjonalności. Mowa tu o sterownikach wyświetlacza, panelu dotykowego, interfejsach kamer, komunikacji Wi-Fi oraz Bluetooth, odbiorniku GNSS, a także opcjonalnej komunikacji LTE. Wszystko zamknięto w kompaktowych obudowach do lutowania w formie LCC.
W przypadku GRINN do wyboru mamy dwie architektury : Cortex-A8 bazującą na procesorze Sitara od Texas Instruments oraz Cortex A7 opartą na ARM® Cortex®- A7 Core od Freescale. Pierwsze rozwiązanie (chiliSoM) dostępne jest w kilku konfiguracjach sprzętowych (600-1000MHz, do 512MB DDR3, 256MB NAND) oraz w postaci lutowanej obudowy LCC. Natomiast drugie (LiteSoM) wyposażono w 204pinowy interfejs So-Dimm. Procesor taktowany jest 528MHz zegarem, a wykorzystana pamięć to 2GB eMMC. Obydwa moduły dostępne są także w wersji na rozszerzone zakresy temperatur i posiadają dostępne płyty z fizycznie wyprowadzonymi interfejsami (chiliBoard oraz liteBoard). Wspierane systemy operacyjne to przede wszystkim dystrybucje Linux (Yocto, Buildroot, Arch).
Variscite to jeden z najbardziej doświadczonych producentów na rynku modułów embedded. Jednocześnie w swojej ofercie posiada najszerszą ofertę dostępnych architektur i procesorów. Zaczynając od ARM9 (Freescale), przez Cortexy A7, A8, A9 (Freescale, TI) , kończąc na A-53, A-72 (Qualcomm Snapdragon). Wszystko w wielu dostępnych konfiguracjach sprzętowych, w wersjach na różne zakresy temperatur, z opcjonalną komunikacją bezprzewodową i praktycznie na wszystkie przemysłowo stosowane systemy operacyjne. Mamy tu do czynienia głównie z modułami wpinanymi za pomocą złącz – zarówno SO-DIMM jak i ZIF. Rozwiązania Variscite szczególnie polecamy do zaawansowanych projektów, gdzie projektanci stawiają duże wymagania co do mocy obliczeniowych, z uwagi np. na akwizycję wideo czy przetwarzanie sygnałów.
Soyter to nie tylko dostawca komputerów System-on-module, to także dystrybutor komponentów i integrator wielu usług komplementarnych. W ofercie Soyter Components można znaleźć wyświetlacze, touch panele, moduły komunikacyjne, złącza interfejsowe czy obudowy. Wszystkie rozwiązania dopasowane do wymagań aplikacji oraz zakładanego budżetu. Nasi inżynierowie sprzedaży nie tylko pomogą z doborem odpowiednich komponentów, ale mogą zaproponować również bardziej kompleksową obsługę projektu wliczając projektowanie dedykowanej elektroniki w oparciu o wybrany jednopłytkowy komputer bazowy . W dalszym kroku może zostać przygotowany projekt mechaniczny związany z konkretną obudową, czy integracją wyświetlacza. Korzystając z usług dotyczących kompletacji elementów oraz montażu kontraktowego, w konsekwencji klient może otrzymać gotowy produkt w pełnym przemysłowym wydaniu, spełniający jego wszystkie założenia.
Więcej u handlowców Soyter Components.
Artykuł pierwotnie ukazał się w magazynie Elektronik, w numerze 9/2018.