Oferta produkcyjna firmy SoMLabs konsekwentnie się poszerza. W tym roku polski producent komputerów embedded wprowadził do produkcji dwa moduły SoM z wielordzeniowymi, heterogenicznymi mikroprocesorami STM32MP15x (STMicroelectronics), a także i.MX 8M Mini (NXP).
W artykule przedstawimy cechy i możliwości modułu VisionSOM-8Mmini, który jest obecnie jednym z najnowocześniejszych na rynku. Producent zastosował w prezentowanym module nie tylko szybką i energooszczędna pamięć LPDDR4. Zawiera on także wyspecjalizowany układ PMIC, który zapewnia długą żywotność jednostki centralnej.
Moduł VisionSOM-8Mmini
W ostatnich dniach sierpnia firma SoMLabs wprowadziła do sprzedaży kolejny w swojej ofercie moduł SoM (System-on Module). Jest to VisionSOM-8Mmini (na fotografii 1 w wersji z pamięcią Flash eMMC). Nowoczesny komputer multimedialny zawiera bogato wyposażony w peryferia mikroprocesor i.MX 8M Mini, energooszczędną pamięć LPDDR4 o pojemności do 4 GB i 32-bitowej magistrali danych, pamięć Flash eMMC o pojemności do 32 GB, a także opcjonalny moduł komunikacji bezprzewodowej Wi-Fi / BLE 5.2.
Fot. 1. Wygląd modułu VisionSOM-8Mmini z pamięcią Flash eMMC
Podobnie do pozostałych SOM-ów z rodziny VisionSOM, również prezentowany w artykule VisionSOM-8Mmini wyposażono w moduł radiowy firmy Murata. Jedną z zalet modułu jest udokumentowana precertyfikacja RED. Producent modułu VisionSOM-8Mmini przewidział również możliwość zastąpienia lutowanej pamięci eMMC kartą MicroSD – na fotografii 2 pokazano wygląd takiej wersji SOM-a. Natomiast schemat blokowy modułu VisionSOM-8Mmini pokazano na rysunku 3.
Fot. 2. Wygląd modułu VisionSOM-8Mmini z pamięcią Flash w postaci karty MicroSD
Rys. 3. Schemat blokowy modułu VisionSOM-8Mmini
Komputer VisionSOM-8Mmini ma format mechaniczny zgodny z wcześniej produkowanymi przez SoMLabs modułami VisionSOM. Jest to znany również z komputerów przenośnych popularny format SODIMM200. To rozwiązanie o wysokiej odporności mechanicznej, a także wysokiej trwałości styków, odporne na typowe warunki środowiskowe spotykane w aplikacjach urządzeń embedded.
Atut #1: wydajne GPU
Mikroprocesor użyty w module VisionSOM-8Mmini wyposażono w zaawansowany koprocesor graficzny 3D firmy Vivante – GC NanoUltra. Jest on zgodny z OpenGL ES 2.0, OpenGL 2.x Desktop oraz OpenVG 1.1, obsługuje grafiki FullHD.
Mikroprocesor i.MX 8M Mini
Zastosowany w modułach VisionSOM-8Mmini mikroprocesor z rodziny i.MX 8M Mini (jego schemat blokowy pokazano na rysunku 4) ma budowę heterogeniczną. Jest wyposażony w cztery rdzenie Cortex-A53 (o maksymalnej częstotliwości taktowania do 1,8 GHz), a także jeden rdzeń „mikrokontrolerowy” – Cortex-M4F (o częstotliwości taktowania do 400 MHz).
Rys. 4. Schemat blokowy mikroprocesora i.MX8Mmini
Mikroprocesor zastosowany w VisionSOM-8Mmini wyposażono w dużą liczbę modułów i interfejsów. Szczególnie interesujący jest podsystem multimedialny, w skład którego wchodzą m.in.:
- GPU – koprocesor graficzny 3D Vivante GC NanoUltra/2D Vivante GC320, kompatybilny z OpenGL ES 2.0 obsługujący wyświetlacze Full HD (1920×1080 px),
- VPU – sprzętowy kodek wideo (1080p60 VP9 Profile 0, 2 (10-bit) decoder, HEVC/H.265 decoder, AVC/H.264 Baseline/Main/High decoder, VP8 decoder, a także 1080p60 AVC/H.264 encoder, VP8 encoder),
- SAI – 5-kanałowy interfejs cyfrowego audio zintegrowany z interfejsami PDM,
- Interfejsy MIPI kontrolera kamery wideo (CSI), a także wyświetlacza (DSI).
Atut #2: zintegrowany VPU
Mikroprocesor użyty w module VisionSOM-8Mmini wyposażono w sprzętowy kodek wideo VPU (Video Processing Unit), który wspomaga realizację kodowania i dekodowania m.in. standardów: 1080p60 VP9 Profile 0, 2 (10-bit) decoder, HEVC/H.265 decoder, AVC/H.264 Baseline, Main, High decoder, VP8 decoder, a także 1080p60 AVC/H.264 encoder, VP8 encoder.
Interfejsy komunikacyjne
Interesujące jest także wyposażenie komunikacyjne prezentowanego mikroprocesora (i oczywiście modułu VisionSOM-8Mmini). W jego skład wchodzą m.in.:
- Interfejs PCIe, za pomocą którego można dołączyć do mikroprocesora m.in. dyski SSD,
- Gigabitowy interfejs Ethernet,
- Dwa kanały (z warstwą fizyczną) USB 2.0,
- Ponadto: 4 x UART (do 5 Mb/s), 4 x I2C (FastMode), 3 x SPI itp.
Pomimo bogatego wyposażenia pobór mocy przez moduł VisionSOM-8Mmini jest niewielki, co wynika z zaawansowanej technologii użytej do produkcji mikroprocesorów o wymiarze charakterystycznym 14 nm oraz zastosowania zaawansowanych pamięci zoptymalizowanych do stosowania w urządzeniach przenośnych LPDDR4.
Atut #3: heterogeniczna architektura
Mikroprocesor użyty w module VisionSOM-8Mmini ma architekturę heterogeniczną. W jej skład której wchodzą 4 rdzenie aplikacyjne Cortex-A53 oraz jeden rdzeń real-time – Cortex-M4F.
Układ zarządzania zasilaniem
Optymalizację poboru mocy, a także wysoką trwałość mikroprocesora zapewnia zastosowany w module VisionSOM-8Mmini wyspecjalizowany układ zasilający (PMIC) firmy NXP, który gwarantuje – zgodnie z notą aplikacyjną AN12468 firmy NXP – czas bezawaryjnej, ciągłej pracy MPU od 500000 h do 82000 h (rysunek 5), w zależności od temperatury złącza.
Rys. 5. Charakterystyka żywotności przemysłowej wersji mikroprocesora i.MX8Mmini w zależności od wartości napięcia zasilającego rdzeń i temperatury złącza
Płytka bazowa VisionCB-8M-STD
Z myślą o konstruktorach potrzebujących taniego narzędzia sprzętowego do ewaluacji możliwości VisionSOM-8Mmini firma SoMLabs opracowała i oferuje płytkę bazową (carrier board) o nazwie VisionCB-8M-STD (fotografia 6), wyposażoną we wszystkie podstawowe peryferia oraz złącza, w tym m.in.:
- Dla shieldów, zgodne z Arduino UNO,
- Dla hatów, zgodne z RPi,
- Ekspander PCIe,
- Złącze MIPI-DSI (do wyświetlacza z touch-panelem),
- Złącze MIPI-CSI (do kamery HD).
Fot. 6. Płytka bazowa VisionCB-8M-STD wyposażona m.in. w licencjonowany interfejs J-Link firmy Segger – na zdjęciu z zainstalowanym VisionSOM-8Mmini z pamięcią Flash w postaci karty MicroSD
Na rysunku 7 pokazano schemat blokowy płytki VisionCB-8M-STD. Warto zwrócić uwagę, ze jej standardowym wyposażeniem jest także licencjonowana wersję programatora-debuggera J-Link firmy Segger, który można wykorzystać do diagnostyki systemu i uruchamiania oprogramowania.
Rys. 7. Schemat blokowy płytki bazowej VisionCB-8M-STD
Moduły rozszerzające
Firma SoMLabs z myślą o użytkownikach prezentowanego zestawu oferuje dwa ekspandery funkcjonalne, które pozwalają na użycie w aplikacjach:
- wyświetlaczy z interfejsami HDMI lub LVDS – dzięki konwerterowi MIPI-DSI – HDMI/LVDS o nazwie SL-MIPI-LVDS-HDMI-CNV (fotografia 8), dołączanemu do złącza MIPI-DSI na płytce bazowej,
- dysków SSD, a także innych modułów w formacie M.2 z kluczem E o wymiarze do 2280 – dzięki adapterowi SL-M2-SSD-ADP (fotografia 9), dołączanemu do złącza PCIe na płytce bazowej.
Fot. 8. Wygląd konwertera MIPI-DSI na HDMI/LVDS firmy SoMLabs
Fot. 9. Adapter ze złączem M.2 dla dysków SSD dołączanych do interfejsu PCIe
W najbliższym czasie producent zapowiada także wydanie kolejnego modułu ekspandera funkcjonalnego z kamerą wideo HD, wyposażony w interfejs MIPI-CSI.
