OSM-standarden for system-på-modul forklart

System-på-modul-standarder

Forskjellige standarder for system-på-modul, for eksempel SMARC og Qseven (figur 1), har blitt tatt i bruk av produktkonstruktører, løsningsarkitekter og systemteknikere. SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies), en internasjonal ideell forening av selskaper og organisasjoner, samarbeider og utvikler uavhengige spesifikasjoner for innebygd datateknologi. Valg av bransjestandard for system-på-modul bidrar til teknologiskalerbarhet og utnytter interoperabilitet mellom leverandører.

En ny standard for system-på-modul ble nylig definert av SGeT – OSM (åpen-standard-modul), som er et loddbart system-på-modul. Standarden muliggjør et ekstra lag av robusthet med LGA-konstruksjonen og overflatemonteringsteknologien.

Figur 1: System-på-modul-standarder omfatter SMARC, Qseven og OSM. (Bildekilde: iWave)

OSM-standarden forklart

Åpen-standard-modulen (OSM), den nyeste bransjestandarden for system-på-moduler, ble lansert i desember 2020. For å lage en ny, fremtidssikret og allsidig standard for små og billige innebygde datamaskinmoduler, lanserte SGeT OSM 1.0-spesifikasjonen. OSM er en av de første standardene for direkte loddbare og skalerbare innebygde datamaskinmoduler.

OSM er på vei inn i bransjen med innebygde datamaskinmoduler som er like store som frimerker, og disse erstatter modulene med kredittkortstørrelse. OSM gjør det mulig å utvikle, produsere og distribuere innebygde moduler for MCU32-, Arm® - og x86-arkitekturene. De viktigste egenskapene til OSM-modulen omfatter:

1. Fullstendig maskinbearbeidbarhet under lodding, montering og testing
2. Forhåndstinnbelagt LGA-kapsling for direkte lodding uten kontakt
3. Forhåndsdefinerte myke og harde grensesnitt
4. Åpen kildekode i programvare og maskinvare

Den helt nye standarden er tilgjengelig i fire forskjellige størrelser: null, liten, middels og stor. Disse varierer i henhold til LGA-kontaktene som er tilgjengelige på modulen (figur 2a og 2b). De fire ulike formatene kan bygge på hverandre.

Figur 2a: Standard OSM-størrelser, -formater og -uttakspinner. (Bildekilde: iWave)

Figur 2b: Standard OSM-størrelser fargekodet i henhold til figur 2a. (Bildekilde: iWave)

Åpen-standard-modulen bruker en symmetrisk LGA-kapsling til å koble modulkretskortet til basiskretskortet. FTGA (Fused Tin Grid Array), EniG LGA eller BGA, kan etter produsentens skjønn brukes som kontaktteknologier. Spesifikasjonene gjør det også mulig for modulleverandører å ta i bruk forskjellige høyder basert på kravene, med mulighet til å utvide ved å bruke et kretskortavstandsstykke (PCB Spacer).

Moduler fra størrelsen «S» og oppover tilbyr videogrensesnitt for opptil 1x RGB og 4-kanals DSI. Moduler med størrelsen «M» kan i tillegg støtte 2x eDP/eDP++, og størrelsen «L» muliggjør 2x LVDS-grensesnitt for grafikk. Dermed kan maksimale konfigurasjoner gi opptil seks videoutganger i parallell. Alle moduler fra størrelsen S og oppover tilbyr et 4-kanals serielt grensesnitt for kamera (CSI – camera serial interface). Moduler med størrelsen L tilbyr opptil 10 PCIe-baner for å gi rask tilkobling av periferiutstyr. Størrelsen M tilbyr 2x PCIe x1 og størrelsen S tilbyr 1x PCIe x1. I lys av det ekstremt miniatyriserte formatet, har ikke moduler med størrelsen 0/null noen av I/O-ene som er nevnt, men de tilbyr alle grensesnittene som er oppført i OSM-spesifikasjonen, som gir opptil 5x Ethernet for system-til-system-kommunikasjon.

Alle modulene har et dedikert kommunikasjonsområde, som har 18 pinner for antennesignaler for ulike trådløse teknologier og 19 pinner som er tilgjengelige for produsentspesifikke signaler.

Derfor bør du overveie OSM?

Hovedfordelene til OSM-modulen omfatter en modul som kan loddes på kretskort og er motstandsdyktig mot vibrasjoner, en kompakt formfaktor med det minste pinne-til-område-forholdet og muligheten for skalerbarhet av teknologi.

Fordi modulen kan loddes direkte på bærerkortet, er modulen godt egnet for produkter som er utsatt for vibrasjoner og krever et kompakt format. Et eksempel omfatter tilkoblingsgruppen for en elektrisk 2-hjuling. OSM-moduler gir konstruktører en løsning med en ideell blanding av skalerbarhet, fysisk størrelse og kostnader.

For et økende antall IoT-konstruksjoner bidrar denne standarden til å kombinere fordelene til modulbaserte innebygde datamaskiner med de økende kravene til kostnader, plass og grensesnitt. De potensielle bruksområdene til en OSM-modul omfatter IoT-tilkoblede innebygde systemer, IoT-systemer og Edge-systemer som kjører operativsystemer med åpen kildekode og brukes i tøffe industrimiljøer.

iWave-portefølje av OSM-system-på-modul-enheter

iWave Systems, en leder innen konstruksjon og produksjon av system-på-moduler, lanserte nylig iW-RainboW-G40M (figur 3): Den loddbare i.MX 8M Plus OSM-modulen. iW-Rainbow-G40M integrerer den kraftige i.MX 8M Plus-prosessoren i den kompakte OSM 1.0-standarden, og den leverer kraftige AI- og maskinlæringsmuligheter på en kompakt modul.

Figur 3: Toppen og bunnen til iW-G40M-system-på-modul-enheten. (Bildekilde: iWave)

To bildesignalprosessorer (ISP – image signal processor) og en dedikert nevral nettverksprosessor på opptil 2,3 TOPS, gjør i.MX 8M Plus ideell i konstruksjoner som smarte hjem (Smart Home), smarte byer (Smart City), industriell IoT osv. med sin funksjonalitet for maskinlæring, maskinsyn og avansert multimedia.

Viktige funksjoner i modulen

• i.MX 8M Plus dual/quad lite/quad
• 2 GB LPDDR4 (opptil 8 GB)
• 16 GB eMMC (opptil 256 GB)
• Wi-Fi (802.11b/g/n/ac/ax) (ax er valgfritt)
• Bluetooth 5.0
• 2 x CAN FD-porter
• 2 x RGMII-grensesnitt
• PCIe 3.0 x 1
• LVDS x 2
• LGA-modul med størrelse L

Modulen gir konstruktører et fleksibelt og skalerbart alternativ for produktet sitt, samtidig som de reduserer tiden det tar å få produktet ut på markedet. Prosessoren er ideell for industrielle grensesnitt som CAN-FD, tidssensitive nettverk og høyhastighetsgrensesnitt, og er ideell for industri 4.0 og automasjonssystemer som støtter intelligent og rask behandling av multimediedata.

En konstruktør kan, gjennom et utviklingssett og en produksjonsklar SOM, akselerere tiden det tar å få produktet ut på markedet med redusert risiko. Modulen er bruksklar og kommer med alle nødvendige programvaredrivere og BSP-er med programvarestøtte for Ubuntu, Android og Linux.