CPU im Single Board Computer, auf COM-Modul und PicoITX

Welcher Formfaktor
darf es sein?

Die Vybrid-CPU von Freescale besteht aus einer asymmetrischen Multiprozessorarchitektur die auf ARM Cores basiert und sich für viele Applikationen in der Industrie wie auch in medizinischen Geräten eignet. Die besondere Kombination der CPU aus ARM Cortex-A5 mit einem Cortex-M4 Core auf demselben Chip ermöglicht neue Einsatzgebiete bei denen Grafik und Echtzeit in einer CPU integriert sind.

Mit ARM Cortex-A5 und Cortex-M4 Core auf einem Chip erübrigt sich eine externe Micro Controller Einheit (MCU) für schnelle Echtzeitverarbeitung. Damit können auf der CPU alle Vorteile eines Betriebssystems wie Linux oder Windows CE genutzt werden und gleichzeitig die Vorteile einer Echtzeitverarbeitung unter MQX oder eines C++ Programms. Beide Kerne tauschen über einen gemeinsamen Adressbereich Daten aus und teilen sich somit die Aufgaben. Freescale hat entschieden, diese asymmetrische Multiprozessorarchitektur in weitere Produkte wie die i.MX7 und i.MX8 Produktfamilie einfließen zu lassen. Für sicherheitskritische Anforderungen stehen zudem verschiedene hilfreiche Funktionen zur Verfügung wie CRC Modul, TrustZone Memory Protection, unabhängiger Watchdog sowie Sabotageerkennung und Kryptografieunterstützung. Die Produktfamilie Vybrid VF5 mit Single-Core ARM Cortex-A5, 1,5MB SRAM, LCD, Security, zwei Ethernet-Schnittstellen, L2 Switch und Dual High Speed USB-Interface bietet sich für Applikationen an, bei denen bislang ein ARM9 oder ARM11 zum Einsatz kam. Die pinkompatible Vybrid VF6-Produktfamilie mit zusätzlichem Cortex-M4 Core eignet sich für Applikationen bei denen besondere Anforderungen an Echtzeit, Sicherheit oder Zulassung gestellt werden. Weitere wichtige Eigenschaften sind die Langzeitverfügbarkeit von zehn Jahren und der verfügbare Temperaturbereich von -40 bis +85°C. Damit eignet sich die CPU-Produktfamilie auch für Outdoor-Anwendungen.

Im Single Board Computer

In einigen Anwendungen bieten sich Single Board Computer (SBC) besonders an: Immer dann, wenn wenig externe Hardware notwendig ist oder die externe Hardware auf einer eigenen, abgesetzten Leiterplatte untergebracht ist. Ein SBC bietet die Displayschnittstellen, Toucheingang, diverse Standardschnittstellen wie Ethernet und USB auf Standardbuchsen gelegt und weitere Schnittstellen wie RS232, I2C, CAN und GPIO auf Steckverbinder. Damit ist ein schneller und einfacher Geräteaufbau sowie rasche Marktreife möglich. Bei Verwendung eines SBC fallen keine Kosten für ein zusätzliche Basisboards und keine Zusatzkosten für das Handling von zwei Boards anstelle nur eines Boards an, damit ist die SBC Lösung oft auch die günstigere Lösung. Ein Reduced Instruction Set Computer-basierendes (RISC) Board beispielsweise erzeugt nur wenig Verlustleistung. Es lassen sich Lüfter und oft auch auf Kühlkörper vermeiden: Ein kleiner Formfaktor ist damit möglich. Weiterhin bestimmen die nach außen führenden Standardbuchsen die Boardgröße. Beschränken Anwender sich hier auf USB für den Datenaustausch, RJ45 für die Gerätevernetzung und evtl. Audio oder Monitorschnittstellen, ist auch damit ein kleiner Formfaktor möglich. Als sehr guter Kompromiss zwischen verfügbarer Leiterplattenfläche, Anzahl der nach außen führenden Buchsen und dem Wunsch eines kompakten Boards, hat sich der Small Form Factor PicoITX etabliert. Dieser Formfaktor mit 100x72mm wurde ursprünglich mit x86 CPUs bestückt. Zwischenzeitlich bieten diverse Boardhersteller wie auch F&S Elektronik diesen Formfaktor mit RISC-CPUs an.

CPU auf PicoITX

F&S Elektronik bietet seit Ende 2013 die armStoneA5 mit der Vybrid CPU von Freescale auf dem PicoITX Formfaktor an. Es stehen sowohl Boards mit Single-Core CPU (Cortex-A5-500MHz) wie auch mit Dual-Core CPU (Cortex-A5-500MHz und Cortex-M4-167MHz), bis zu 512MB RAM und 1GB Flash zur Verfügung. Auf den Standardbuchsen liegen zwei Ethernet-Schnittstellen, USB Host, USB Device und Audio Out. Für den Displayanschluss werden sowohl digital RGB bis SVGA als auch LVDS bis XGA angeboten. Für den Touch-Anschluss bietet das Unternehmen ein 4-Draht resistiver Touch, wie auch ein PCAP-Touch über I2C an. Weitere Schnittstellen sind CAN, I2C, SPI, RS232, GPIO und Audio LIN IN/OUT/MIC. Die Board-versorgung erfolgt über 5 oder 8-14V. Mit einer Leistungsaufnahme von 3W und einem Temperaturbereich bis -20 bis 85°C kann dieser SBC sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Temperaturen zum Einsatz kommen. Sollte die Leistung nicht ausreichen, stehen auch SBCs mit i.MX 6 CPU zur Verfügung. Für die armStoneA5 werden Linux und auch Windows Embedded Compact 2013 angeboten. Damit entfällt die zeitaufwendige Arbeit der Anpassung des Betriebssystems an die Hardware des Boards. Ein optionaler vierstündiger Workshop vermittelt das Rüstzeug, um auch ohne spezielle Erfahrung mit Windows Embedded CE oder Linux schnell mit der Entwicklung zu beginnen und typische zeitintensive Fehlerquellen gezielt zu vermeiden.

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