Sistemul embedded caracterizat de înaltă performanță și consum energetic redus dispune de SoC NXP i.MX 8M Plus, interval de temperatură extins, factori de formă SBC și SoM, plus suport TSN și multe altele. Platforma DEBIX integrează numeroase caracteristici și capabilități avansate care, împreună, fac o soluție convingătoare pentru aplicații industriale. În acest articol, explorăm diferitele modele DEBIX, disponibile în prezent, împreună cu accesoriile care adaugă noi funcții și facilitează prototiparea. De asemenea, aruncăm o scurtă privire asupra suportului sistemului de operare și oferim o demonstrație rapidă care arată cum IEEE-1588 poate fi utilizat pentru a activa sincronizarea timpului sub-microsecunde, prezentându-vă, pe scurt concluziile trase de Andrew Back.
Calcul avansat
Familia de procesoare de aplicații NXP i.MX 8 este destinată sistemelor de calcul periferic (edge), oferind consum redus de energie și performanță ridicată. Ca atare, aceste procesoare sunt potrivite pentru aplicațiile industriale, în care se solicită din ce în ce mai mult sistemele embedded, acestea putând avea sarcini de citire a senzorilor, de control al acționării și a altor ieșiri, în timp ce îndeplinesc și funcții mult mai avansate, cum ar fi vizualizarea computerizată și sarcinile de lucru de învățare automată.
SoC i.MX 8M Plus se află în centrul platformei DEBIX și dispune de o unitate centrală de procesare CPU ARM Cortex-A53 cu patru nuclee care poate rula până la 1,8 Ghz, plus o unitate de procesare neurală (NPU), capabilă să furnizeze 2,4 trilioane de operațiuni/secundă (TOPS) pentru aplicațiile de învățare automată. Acest sistem fiind capabil să funcționeze fără ventilator, oferă un avantaj semnificativ în mediile în care răcirea forțată cu aer poate fi problematică.
Familia DEBIX SBC și SoM oferă, de asemenea, posibilitate de extensie, care include GPIO, SPI, I2C și PWM. În plus, sunt posibile 2x CAN FD, dual LVDS, MIPI CSI și DSI și o linie de PCIe.
Alte caracteristici notabile includ Ethernet dual Gigabit, cu un port care beneficiază de suport pentru Time Sensitive Networking (TSN) – un set de standarde care permit sincronizarea timpului sub microsecunde, modelarea traficului, filtrarea și controlul pe flux și numeroase alte tehnici avansate de rețea – factori cheie pentru Industrie 4.0.
Capabilitățile multimedia avansate includ suport hardware pentru codificarea și decodarea video H.264 și H265, datorită unui procesor pentru viziune computerizată (VPU). Între timp, procesoarele duale de semnal de imagine (ISP) preiau videoclipuri de la cele două intrări ale camerei MIPI CSI2 și efectuează funcții precum conversia de la Bayer brut la YUV, procesarea culorilor, reducerea zgomotului și HDR, printre altele.
În continuare sunt prezentate câteva opțiuni de platforme.
Model A
Platforma DEBIX Model A este disponibilă într-un factor de formă compact SBC, iar versiunea aflată – în momentul scrierii acestor rânduri – la vânzare, include o memorie de 2GB RAM (Nr. stoc RS 238-0448). Pe lângă aceasta, există și versiuni personalizate dotate cu până la 8 GB RAM, disponibile prin OKdo (parte a Grupului RS).
Platforma conține patru porturi USB 3.0 și o ieșire HDMI, precum și ieșirile de ecran LVDS și DSI menționate mai sus, plus 
intrări pentru cameră CSI. Portul Ethernet compatibil TSN este accesat printr-un port RJ45, în timp ce accesul la cel de-al doilea port Gigabit Ethernet este asigurat prin conectorul cu pini.
Există un slot Micro SD pe partea inferioară, plus PCIe pe un soclu FPC cu pas de 0,3 mm cu 19 pini. Conectivitatea fără fir este oferită prin WiFi de 2,4 GHz și 5 GHz, plus Bluetooth 5.0. DEBIX Model A are o temperatură nominală de operare cuprinsă în plaja -20°C … 70°C.
Model B
DEBIX Model B (Nr. stoc RS 261-9844) dispune de aceleași funcții precum Model A SBC, dar asigură un domeniu extins de temperatură de operare de la -40°C la 85°C. Prin urmare, Modelul B este potrivit pentru aplicații în medii mai dure și este disponibil de la OKdo.
SoM A (sistem pe modul)
În timp ce un computer pe o singură placă este potrivit pentru multe aplicații, există unele cu cerințe specifice de spațiu, factor de formă, periferice sau alte cerințe personalizate, unde un sistem pe modul SoM reprezintă abordarea potrivită.
DEBIX SOM A (Nr. stoc RS 261-9845) este primul produs de sistem pe modul al familiei și se bazează pe același pachet de funcții oferit de NXP i.MX 8M Plus SoC, suportând aceleași extensii I/O ca și modelele SBC A și B. Aceasta înseamnă că aplicațiile pot să fie dezvoltate, la început, cu un model SBC A sau B, iar apoi să migreze către soluții personalizate bazate pe SoM A.
DEBIX SoM A oferă un domeniu al temperaturii de operare cuprins între -20°C și 70°C, dar există și o opțiune cu domeniu extins de temperatură, de la -40°C la 85°C.
Accesorii
Pentru protejarea SBC-urilor DEBIX, este disponibilă o carcasă robustă din aluminiu (Nr. stoc RS 250-9195), fiind proiectată pentru a asigura asistență în răcirea pasivă și este prevăzută o antenă WiFi externă.
Suplimentar, putem analiza câteva module de accesorii.
I/O
Placa add-on DEBIX I/O (Nr. stoc RS 238-0447) include o interfață de rețea Gigabit RJ45, împreună cu MIPI CSI și DSI și integrează, totodată, un ceas în timp real (RTC) cu baterie de rezervă.
Placa I/O oferă porturi seriale RS-232 și RS-485, plus 1 transceiver CAN.
Placa SoM A I/O Board (Nr. stoc 266-4269) se interfațează cu DEBIX A SoM prin 4 conectori placă la placă și oferă acces la aceleași I/O ce se găsesc pe SBC. De menționat că se adaugă și WiFi și BT 5.0, deoarece, spre deosebire de SBC-uri, SoM nu le integrează direct. De asemenea, este prevăzut un slot Mini PCIe.
SBC PoE
Modulul SBC PoE (Nr. stoc RS 267-2985) acceptă IEEE 802.3at-2009 a.k.a. PoE+. Se conectează direct la conectorul I/O al unui SBC Model A sau Model B și poate fi folosit cu carcasa din aluminiu.
Modulul DEBIX SBC PoE oferă un interval de temperatură de operare cuprins între -40°C și 85°C.
4G
Placa DEBIX 4G (Nr. stoc RS 267-2984) dispune de un controler PCIe cu o singură linie PCIe Gen3.0, soclu Mini PCIe și soclu Micro SIM. Ea nu integrează direct un modem 4G, dar, în schimb, asigură compatibilitate cu următoarele modem-uri Mini PCIe:
- Quectel EC20CEHDLG-128-SNNS
- Quectel EC21ECGA-128-SNNS
Quectel EC25ECGA-128-SNNS
Placa 4G se conectează la DEBIX SBC prin socket-ul său PCIe FPC, se identifică precum /dev/ttyUSB0 și este controlată folosind comenzi AT.
LoRA
Placa DEBIX LoRa (Nr. stoc RS 238-0446) nu vine cu un modul radio LoRa încorporat, dar, în schimb, oferă un slot Mini PCIe în care poate fi montat un modul radio. De asemenea, oferă o pereche de conectori SMA: unul pentru LoRa și al doilea 
pentru WiFi, pe care unele implementări le pot folosi pentru o conexiune uplink unde DEBIX acționează ca un gateway LoRaWAN sau similar pentru dispozitivele terminale la distanță.
Există, de asemenea, un buton de asociere Bluetooth, plus un element securizat ATECC608.
Camere
Cu două interfețe CSI, procesare a semnalului de imagine și un NPU, este clar că aplicațiile de viziune automată și AI/ML vor fi cazuri cheie de utilizare pentru DEBIX. În sprijinul DEBIX, există trei opțiuni de camere DEBIX disponibile în acest moment:
- DEBIX modul cameră 200A (Nr. stoc RS 238-0446): o cameră mică ce include un senzor GC2145.
- DEBIX modul cameră 500A (Nr. stoc RS 267-2983): o cameră compactă cu senzori 5MP OV5640.
- DEBIX modul cameră 1300A (Nr. stoc RS 267-2981): cameră mică HD cu senzor de 13 mega pixeli AR1335.
Suport sistem de operare (OS)
Există nu mai puțin de patru opțiuni de sisteme de operare care asigură suport pentru DEBIX SBC și SOM: Ubuntu 22.04; Yocto L5.10.72; Windows 10 IoT Enterprise; Android 11. Acestea ar trebui să acopere aproape majoritatea, dacă nu chiar toate cerințele.
Ubuntu 22.04 oferă un mediu Linux familiar și ușor de utilizat, ideal pentru dezvoltare și multe implementări.
Suportul Yocto face posibilă construirea de imagini Linux personalizate care includ toate componentele software necesare și nimic altceva – optimizate pentru aplicația specială și beneficii care includ securitate sporită, datorită amprentei software reduse.
Suportul Windows 10 IoT Enterprise va fi benefic pentru organizațiile care au investit în tehnologiile Microsoft.
În sfârșit, Android 11 se va dovedi o opțiune atractivă pentru aplicațiile care sunt comandate de interfețe locale de utilizator, cum ar fi o interfață personalizată om-mașină (HMI).
IEEE-1588
Mai devreme, a fost menționat modul în care hardware-ul DEBIX oferă suport pentru setul de standarde Time Sensitive Networking (TSN) și protocolul fundamental IEEE-1588 Precision Time Protocol (PTP). Acesta oferă o performanță mult mai mare și o alternativă mult mai sofisticată la soluții precum Network Time Protocol (NTP), permițând sincronizarea timpului sub microsecunde.
Test rapid
Testarea prezentată a fost efectuată cu Ubuntu 22.04 instalat pe cardul Micro SD. Interfața WiFi a fost configurată pentru a se conecta la rețeaua locală. Interfața Ethernet a fost configurată cu o adresă IP statică și conectată prin cablu direct la un grandmaster (GM) IEEE-1588, care are referință la GPS și un ceas atomic cu rubidiu. Într-o rețea de producție, ar fi mai obișnuit să aveți un GM conectat la unul sau mai multe switch-uri Ethernet compatibile PTP și apoi clienții conectați la acestea.
Pentru a verifica dacă un adaptor Ethernet are suport hardware PTP, se poate utiliza comanda ‘ethtool -T’. În imaginea de mai sus se poate vedea că acestă comandă rulată pe un DEBIX Model A specifică portul Ethernet primar, rezultatul confirmând că acest port dispune de suport hardware pentru PTP, iar parametrii asociați au fost afișați.
Utilitarul ‘ethtool’ este preinstalat în imaginea Ubuntu. Cu toate acestea, a trebuit să instalăm software-ul Linux PTP pentru a sincroniza efectiv DEBIX SBC-ul nostru cu GM.
$ sudo apt install linuxptp
Apoi, am putea rula ‘ptp4l’ pentru a sincroniza ceasul hardware al adaptorului Ethernet cu GM.
După selectarea GM-ului, offset-ul de timp a fost afișat, acesta începând să scadă rapid pe măsură ce ceasul nostru hardware PTP (PHC) s-a sincronizat.
Într-o fereastră separată, am putea rula acum ‘phc2sys’ pentru a sincroniza ceasul sistemului nostru cu ceasul hardware PTP. Încă o dată, vedem, pentru început, o compensare mare a timpului, aceasta scăzând rapid pe măsură ce ceasul sistemului DEBIX se sincronizează cu PHC.
Evident, într-un mediu de producție, acest software ar fi pornit la inițializare de către systemd.
Cu combinația dintre un SoC puternic cu NPU, suport TSN, I/O bogat, funcționare fără ventilator și o gamă extinsă a temperaturii de operare, plus suport pentru patru sisteme de operare majore, familia DEBIX oferă o platformă atractivă pentru soluții industriale. Ca să nu mai vorbim și de plăcile de extensie care adaugă suport pentru PoE+, extensie celulară, LoRa și multe altele.
Pentru oferta completă de sisteme pe cip de la Aurocon COMPEC vă invităm să accesați.
Sursă: https://www.rs-online.com/designspark/debix-a-feature-packed-platform-for-fanless-industrial-compute
Autor: Bogdan Grămescu
Aurocon Compec – https://www.compec.ro
