OSM-standarden for System on Modules forklaret

System om modulstandarder

Forskellige system-on-modul-standarder, såsom SMARC og Qseven (figur 1), er blevet vedtaget af produktdesignere, løsningsarkitekter og systemingeniører. SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies) er en international non-profit sammenslutning af virksomheder og organisationer, der samarbejder og udvikler uafhængige specifikationer for embedded computerteknologi. Valg af en industristandard for system på moduler bidrager til teknologisk skalerbarhed og øger interoperabiliteten mellem leverandører.

For nylig har SGeT defineret en ny standard for system on modules - OSM eller open standard module - med det unikke værditilbud at være et loddebart system on module. Standarden giver et ekstra lag robusthed med LGA-designet og overflademonteringsteknologien.

Figur 1: System på modulstandarder omfatter SMARC, Qseven og OSM. (Billedkilde: iWave)

OSM-standarden forklaret

open standard module, den nyeste industristandard for system on modules, blev lanceret i december 2020. For at skabe en ny, fremtidssikret og alsidig standard for små og billige embedded computermoduler har SGeT frigivet OSM 1.0-specifikationen. OSM er en af de første standarder for direkte loddebare og skalerbare embedded computermoduler.

OSM er på vej ind i industrien med embedded computermoduler på størrelse med et frimærke, der erstatter moduler på størrelse med kreditkort. OSM gør det muligt at udvikle, producere og distribuere embedded moduler til MCU32-, Arm®- og x86-arkitekturer. De vigtigste karakteristika ved OSM-modulet omfatter:

1. Fuldstændig maskinelt bearbejdelig under lodning, samling og prøvning
2. Forfortinnet LGA-pakning til direkte lodning uden stik
3. Foruddefinerede bløde og hårde grænseflader
4. Open source i software og hardware

Den helt nye standard er tilgængelig i fire forskellige størrelser, der spænder over størrelse nul, lille, mellem og stor, afhængigt af de LGA-kontakter, der er tilgængelige på modulet (figur 2a og 2b). De fire forskellige formfaktorer kan bygge på hinanden.

Figur 2a: Standard OSM-størrelser, formfaktorer og benlayout. (Billedkilde: iWave)

Figur 2b: OSM-standardstørrelser med farvekoder i overensstemmelse med figur 2a. (Billedkilde: iWave)

Det åbne standardmodul anvender en symmetrisk LGA-pakning til at forbinde modulets PCB med basiskort PCB'et. Fused Tin Gird Array, ENIG LGA eller BGA kan anvendes som kontaktteknologier efter producentens valg. Specifikationerne giver også modulleverandørerne mulighed for at anvende forskellige højder baseret på kravene, med mulighed for at udvide med en "PCB-spacer".

Moduler fra størrelse S og opefter tilbyder videogrænseflader til op til 1x RGB og 4-kanals DSI. Size-M-moduler kan desuden understøtte 2x eDP/eDP++, og size-L tilføjer 2x LVDS-interface til grafik. De maksimale konfigurationer kan derfor give op til seks videoudgange parallelt. Alle moduler fra størrelse S og opefter har desuden et 4-kanals kamera-serielt interface (CSI). Size-L-moduler har op til 10 PCIe lanes til hurtig tilslutning af periferiudstyr; size-M har 2x PCIe x1, og size-S 1x PCIe x1. På grund af det ekstremt miniaturiserede fodaftryk har størrelse 0-moduler ikke nogen af de nævnte I/O'er, men de har alle de grænseflader, der er anført i OSM-specifikationen, som indeholder op til 5x Ethernet til kommunikation mellem systemer.

I alle modulerne er der et dedikeret kommunikationsområde med 18 ben til antennesignaler til forskellige trådløse teknologier og 19 ben til rådighed for producentspecifikke signaler.

Hvorfor overveje OSM?

De vigtigste fordele ved OSM-modulet er bl.a. et modul, der kan loddes på PCB og er modstandsdygtigt over for vibrationer, en kompakt formfaktor med det mindste forhold mellem ben og areal og mulighed for teknologisk skalerbarhed.

Da modulet kan loddes direkte på bærekortet, passer modulet perfekt til produkter, der er udsat for vibrationer og kræver en kompakt formfaktor. Et eksempel herpå er forbindelsesklyngen til en elektrisk 2-hjulet bil. OSM-moduler giver designere en løsning med en ideel blanding af skalerbarhed, formfaktor og omkostninger.

For et stigende antal IoT-applikationer hjælper denne standard med at kombinere fordelene ved modulopbygget embedded databehandling med stigende krav til omkostninger, plads og grænseflader. De potentielle anvendelser af et OSM-modul omfatter IoT-tilsluttede indlejrede IoT-, IoT- og kant-systemer, der kører open source-operativsystemer og anvendes i barske industrielle miljøer.

iWave-portefølje af OSM-systemer på moduler

iWave Systems, der er førende inden for design og fremstilling af system-on-moduler, har for nylig lanceret iW-RainboW-G40M (figur 3): Det loddebare i.MX 8M Plus OSM-modul. iW-Rainbow-G40M integrerer den kraftfulde i.MX 8M Plus-processor i den kompakte OSM 1.0-standard og leverer kraftfulde AI- og maskinlæringsfunktioner i et kompakt modul.

Figur 3: Toppen og bunden af iW-G40M-systemet på modulet. (Billedkilde: iWave)

To billedsignalprocessorer (ISP'er) og en dedikeret neuronal netværksprocessor med op til 2,3 TOPS gør i.MX 8M Plus til en ideel løsning til Smart Home, Smart City, Industrial IoT og videre med dennes maskinlæring, vision og avancerede multimediekapacitet.

Hovedtræk ved modulet

• i.MX 8M Plus dual/quad lite/quad
• 2 GB LPDDR4 (op til 8 GB)
• 16 GB eMMC (op til 256 GB)
• Wi-Fi (802.11b/g/n/nac/ac/ax) (ax er valgfrit)
• Bluetooth 5.0
• 2 x CAN-FD-porte
• 2 x RGMII-grænseflader
• PCIe 3.0 x 1
• LVDS x 2
• Size-L LGA-modul

Modulet giver designere en fleksibel og skalerbar mulighed for deres produkt og forkorter samtidig deres time-to-market. Med mulighed for industrielle grænseflader som CAN-FD, tidsfølsomme netværk og højhastighedsgrænseflader passer processoren perfekt til Industri 4.0 og automatiseringssystemer, der understøtter intelligent og hurtig behandling af multimediedata.

Med et udviklingssæt og en produktionsklar SOM kan en designer fremskynde markedsføringen med reduceret risiko. Modulet er applikationsklart og leveres med alle de nødvendige softwaredrivere og BSP'er med softwareunderstøttelse af Ubuntu, Android og Linux.