congatec își extinde platforma SMARC cu un nou modul bazat pe procesorul NXP i.MX 8M Plus, destinat aplicațiilor AI embedded. Datorită ecosistemului extins cu placă suport (carrier) de 3,5 inci pregătită pentru aplicații gata de utilizat, camere Basler și stivă de software AI, este posibilă o testare rapidă a conceptului.
Figura 1: Modulul SMARC de la congatec, cu procesor NXP i.MX 8M Plus. ▶
Nu întotdeauna a fost atât de ușor. Anterior, era mult mai dificil să folosești cea mai recentă tehnologie de procesor din mediul Arm ca sistem complet în comparație cu implementarea mediului x86. Motivul este acela că, exista o gamă foarte largă de proiecte extrem de personalizate, acestea erau produse în cantități mari, iar ecosistemul de platforme de sistem nu era atât de extins. Acum, însă, cu ajutorul abordării modulare bazate pe specificația SMARC computer-on-modules, este posibil să se obțină, factori de formă standard din gama PC x86 cu procesoare ARM. De exemplu, congatec, specialistul în calculatoare embedded, oferă o placă de bază de 3,5-inch care poate fi echipată cu module de pe platforma sa SMARC 2.1, în funcție de necesități. Cu fiecare lansare a unui nou modul SMARC, portofoliul de configurații posibile se extinde automat, într-un anumit interval de timp. Cel mai recent procesor de referință este noul procesor NXP i.MX 8M Plus, pe care congatec l-a lansat oficial pe modulele SMARC în cadrul evenimentului virtual Embedded World 2021 și pentru care se așteaptă ca suportul oficial al platformei de 3,5-inch să fie complet finalizat în vară.
Caracteristici atractive
Figura 2: Schema bloc a modulului cu procesor NXP i.MX 8M Plus.
Reperele tehnice ale noului modul SMARC cu procesor i.MX 8M Plus sunt cele patru nuclee puternice ale procesorului Arm Cortex-A53 cu unitatea de procesare neuronală (NPU) suplimentară, care adaugă până la 2,3 TOPS de putere de calcul AI. Grație procesorului de semnal de imagine (ISP) integrat, aceste module sunt special dezvoltate pentru aplicații de inferență AI și de învățare automată și pot procesa foarte eficient datele celor două interfețe MIPI CSI integrate. Un domeniu de aplicare cheie în acest caz este reprezentat de sistemele de control bazate pe gesturi, de exemplu, permițând conectarea fără atingere la aplicațiile medicale de pe computerele de terapie intensivă pentru reglarea administrării perfuziilor. În plus, funcțiile multimedia acoperă accelerarea grafică 3D/2D, precum și decodarea și codificarea video, inclusiv H.265, astfel încât fluxurile de date ale camerei să poată fi trimise direct în rețea. Rezoluțiile înalte devin din ce în ce mai importante atât în sistemele de inspecție, cât și în cele de monitorizare, pentru a permite o mai bună evaluare a detaliilor. Unitatea NPU poate ajuta la preprocesare, astfel încât datele brute să nu supraîncarce rețeaua. DSP-ul de înaltă calitate pentru funcțiile audio și vocale este, de asemenea, interesant. Prin combinarea cu unitățile logice aritmetice, este posibilă, de exemplu, recunoașterea vocală specifică utilizatorului, cu aproximativ 40.000 de cuvinte diferite. Și asta – spre deosebire de soluțiile comerciale precum Alexa, Google sau Siri – se poate realiza la nivel pur local și fără nicio conexiune la cloud, un aspect care poate fi foarte util pentru aplicațiile bazate pe comenzi vocale.
Figura 3: Placa de bază pentru module SMARC de la congatec.
În plus, controlul în timp real este posibil atât prin intermediul Cortex-M7, cât și prin Gigabit Ethernet cu rețea sensibilă la timp (TSN). Pentru prima dată, securitatea și fiabilitatea ridicată a datelor sunt asigurate de funcția ECC in-line a procesorului, care poate implementa codul de corecție a erorilor pe baza memoriei LPDDR4 cu o capacitate de până la 6 GB. Cortex-M7 poate fi, de asemenea, utilizat ca unitate de siguranță, ceea ce este esențial pentru ca aplicațiile clienților să fie proiectate cu toleranță la erori în conformitate cu IEC 61508/IEC61511. Dacă aveți în vedere acest pachet de servicii complet și implementați funcții suplimentare specifice aplicațiilor prin PCIe Gen 3, precum și 2x USB 3.0 și 2x SDIO, veți obține o platformă Linux, Android sau FreeRTOS extrem de fiabilă și robustă, care, în funcție de variantă, poate fi utilizată chiar și în intervalul de temperaturi industriale de la -40°C la 85°C. În treacăt fie spus, BSP-ul susținut în special de congatec se bazează pe framework-ul Yocto. Consumul redus de putere, de 2-6 W, precum și un modul eMMC integrat pe placă cu o capacitate de stocare de 128 GB și cu posibilitatea de a fi exploatat în modul robust pSLC pentru a prelungi și mai mult durata de viață a memoriei, sunt alte puncte de referință extrem de atractive.
Domenii diverse de aplicare
Noile module SMARC bazate pe platforma i.MX 8M Plus se axează pe aplicații industriale fiabile în combinație cu aplicații de viziune embedded, învățare automată și inteligență artificială, precum și pe aplicații multimedia avansate. Acestea vizează astfel domeniile Industry 4.0/IIoT, sistemele de inspecție vizuală și de monitorizare, precum și infrastructurile inteligente și orașele inteligente. Alte aplicații pot fi găsite în agricultură și construcții, precum și în automatizarea clădirilor și în tehnologia de măsurare. Piețele țintă sunt astfel extrem de diverse. Unul dintre cele mai mari domenii de aplicare este cel al gamei largi de HMI-uri, deoarece, în prezent, practic fiecare dispozitiv are o interfață grafică cu utilizatorul și funcții multimedia extinse pentru experiențe din ce în ce mai atractive, inclusiv în domeniul dispozitivelor cu consum redus de putere și al dispozitivelor mobile. Suportul pentru până la trei display-uri independente face, de asemenea, ca noul modul de procesor să fie predestinat pentru aplicații multidomeniu. Platforma de procesare NXP i.MX 8M Plus este, astfel, un substitut perfect pentru toate aplicațiile i.MX6 existente, care se apropie de sfârșitul perioadei de exploatare. De asemenea, aceasta scalează portofoliul AMD și Intel bazat pe SMARC de la congatec către platforme de soluții mai eficiente din punct de vedere energetic, compacte și mobile. Lor li se adaugă dispozitivele portabile și aplicațiile de la bordul autovehiculelor. Datorită integrării camerei și a inteligenței artificiale, modulele sunt, de asemenea, potrivite pentru o multitudine de aplicații de viziune diferite, pentru care congatec și partenerul său Basler oferă servicii extinse.
Aplicații Industrie 4.0 cu rețele în timp real
Noile module SMARC cu procesoare din cadrul platformei i.MX8 M Plus oferă numeroase caracteristici atractive pentru controlul în timp real al aplicațiilor critice de siguranță și al sistemelor Industrie 4.0 conectate în rețea, cum ar fi roboții sau vehiculele logistice autonome. Acestea încep cu dispozitivul de supraveghere (“watchdog”) integrat, care poate fi utilizat pentru detectarea defecțiunilor în sistemele redundante de control al mașinilor. Sistemele de margine (“edge”) distribuite cu sincronizare în timp real pot fi, de asemenea, configurate prin intermediul ceasului în timp real și al portului Gigabit Ethernet compatibil TSN. De exemplu, în zonele de fabricație conectate în rețea sau în industria de procesare. NXP TrustZone oferă un mediu de execuție securizat pentru o protecție sporită împotriva atacurilor cibernetice, al căror risc crește prin intermediul rețelelor. Acesta se bazează pe un modul de criptare (CAAM) pentru criptare ECC și RSA accelerată hardware, pe Resource Domain Controller (RDC) pentru executarea izolată a software-ului critic și pe un modul de pornire securizat High Assurance Boot, care împiedică executarea de software neautorizat în timpul procedurii de pornire.
| Modul SMARC | ARM | x86 |
conga-SMX8M-Plus
|
i.MX 8M Plus Quad
|
|
conga-SMX8 |
||
conga-SMX8X |
NXP i.MX8 QuadXPlus |
|
conga-SMX8-Mini |
NXP i.MX 8M Mini Quad (industrial)
NXP i.MX 8M Mini Dual (industrial) NXP i.MX 8M Mini Solo (industrial) |
|
conga-SA7 |
Intel® Atom® x6425E Intel® Atom® x6413E Intel® Atom® x6211E Intel® Atom® x6212RE Intel® Atom® x6425RE Intel® Atom® x6414RE Intel® Pentium® J6425 Intel® Celeron® J6413 |
|
conga-SA5 |
Intel® Atom™ x7-E3950 Intel® Atom™ x5-E3940 Intel® Atom™ x5-E3930 Intel® Celeron® N3350 Intel® Celeron® J3455 Intel® Pentium® N4200 |
Lista tuturor modulelor SMARC de la congatec.
Figura 4: congatec va echipa și kitul său de viziune embedded pentru aplicații gata de utilizat cu noul modul SMARC 2.1 conga-SMX8-Plus cu procesoare i.MX 8M Plus.
Sistemele de viziune embedded – o piață țintă
Disponibilitatea modulelor SMARC cu i.MX 8M Plus reprezintă, astfel, o altă etapă importantă în cadrul platformelor de soluții ale companiei pentru sistemele de viziune embedded. congatec a creat deja un proces de validare a conceptului pentru aplicațiile de învățare profundă în domeniul comerțului cu amănuntul alături de Basler și NXP Semiconductors în 2019. Software-ul AI integrat, cu ajutorul căruia se pot realiza sisteme automate de plată cu numerar în comerțul cu amănuntul, rulează pe această platformă. Având în vedere popularitatea tot mai mare a tehnologiilor fără contact ca urmare a pandemiei, acest kit este acum mai relevant ca niciodată, iar procesorul NXP i.MX 8M Plus cu noul NPU și puternicul procesor de semnal de imagine – pentru o evaluare și mai puternică a imaginilor bazate pe AI în timp real – oferă un set de caracteristici și mai atractiv pentru astfel de aplicații. ISP-ul poate procesa fluxuri video de 375 megapixeli pe secundă (MP/s). Acest lucru corespunde la 180 de imagini Full HD pe secundă cu, de exemplu, optimizarea contrastului imaginii sau corectarea distorsiunii obiectivului. Cu procesorul neural integrat și cu suportul pentru OpenGL ES 3.1, extensiile Vulcan VX, OpenCL 1.2 FP și OpenVG 1.1, aplicațiile de viziune beneficiază de o performanță de procesare deosebit de ridicată.
COM & Carrier pentru o proiectare adaptată la cerințele clientului
Modulele SMARC – la fel ca toate computerele pe modul – sunt atractive și pentru dezvoltatorii care nu dispun de placa de 3,5-inch, deoarece plăcile carrier gata pentru aplicații sunt adesea deja disponibile, iar modulele SMARC pot fi utilizate direct pe sistemele clienților. Acest lucru elimină practic dezvoltarea de hardware, ceea ce, de asemenea, accelerează în mod semnificativ dezvoltarea de software și, în cele din urmă, determină un timp mai scurt de lansare pe piață. În cadrul ciclului de viață al produsului, pot fi create, de asemenea, variante de performanță prin simpla înlocuire a modulului, iar pentru o disponibilitate pe termen extrem de lung, este posibilă trecerea la următoarea generație, la costuri NRE minime, atunci când un procesor este scos din uz. Până la urmă, acest lucru înseamnă că ROI (“Return on Investment”) poate fi extins în mod semnificativ. Tocmai din acest motiv, COM-urile și-au asumat o poziție de lider și în piața plăcilor și sistemelor informatice integrate. O altă caracteristică interesantă a standardului SMARC este că acesta suportă Arm și x86. Prin urmare, căile potențiale de migrare sunt extinse și mai mult. Modulele SMARC de la congatec pot fi în prezent scalate prin intermediul a 24 de variante de module. În orice caz, dacă performanțele sistemului sunt suficiente, acesta oferă posibilitatea de a putea fi regândit (și redimensionat) pentru diverse aplicații profesionale, încă mult timp de acum încolo. congatec specifică o disponibilitate extinsă de 15 ani pentru noul modul SMARC cu procesor NXP i.MX 8M Plus.
Ce se întâmplă cu Qseven?
congatec oferă și module Qseven, pe lângă modulele SMARC. Disponibilitatea procesorului NXP i.MX 8M Plus pe acest factor de formă este planificată pentru a doua jumătate a anului 2021. Cei doi factori de formă nu diferă semnificativ. Cu toate acestea, în linii mari, SMARC este destinat mai mult aplicațiilor multimedia, în timp ce Qseven este utilizat mai mult în aplicații profund integrate.
Autor:
Martin Danzer este director al departamentului de management al produselor la congatec AG.
