Un ecosistem pentru viziune, inteligență artificială (AI) și nenumărate alte aplicații

Odată cu lansarea computerelor pe modul SMARC și QSeven, familia de procesoare de aplicații NXP i.MX 8 (compatibilă software) a devenit acum și pin-compatibilă. Acest lucru permite dezvoltatorilor de aplicații să-și scaleze perfect proiectele de la cel mai puternic procesor QuadMax, până la i.MX 8X cu un consum redus de putere, de 2 Wați. Un astfel de ecosistem oferă dezvoltatorilor avantaje nenumărate care depășesc cu mult compatibilitatea la pini.

Odată cu seria i.MX 8, NXP a adus pe piață o nouă familie de procesoare de aplicații care oferă scalabilitate extrem de largă, bazată pe arhitectura ARM cu nuclee Cortex-A53 și Cortex-A35. Până în prezent, familia de procesoare dispune de șase membri, care oferă atât performanțe înalte (i. MX 8) cât și variante optimizate din punct de vedere al costurilor (i.MX 8X).

Computerele pe modul SMARC și Qseven bazate pe procesoarele NXP i.MX8 oferă un ecosistem de dispozitive gata pentru utilizare în aplicații; acestea accelerează timpul de lansare pe piață și reduc costurile NRE, asigurând în același timp scalabilitate extinsă și disponibilitate pe termen lung. ▲

În urma investițiilor masive din ultimele 18 luni, congatec a lansat șase noi module SMARC și Qseven în diferite variante. Acestea sunt construite pe baza procesoarelor i.MX 8, i.MX 8X și pe primul procesor multinucleu pentru aplicații embedded de la NXP – i.MX 8M Mini. Împreună, acestea adaugă încă 12 configurații diferite de procesor la ecosistemul SMARC și Qseven.

Procesoarele de top ale ecosistemului ARM

Toate variantele de vârf de la NXP – i.MX 8 fără sufixul 8X – sunt construite pe arhitectura ARMv8-A bazată pe nucleele pe 64-biți ARM Cortex-A53 și oferă cu 60% mai multă performanță comparativ cu modelul predecesor, Cortex-A7. De asemenea, acestea oferă un management îmbunătățit al puterii pentru o disipare minimă de căldură și pentru maximizarea duratei de viață a bateriei în aplicațiile mobile¹⁾. Varianta de top X se bazează pe arhitectura Cortex-A35. Aceasta oferă cu până la 40% mai multă performanță în comparație cu sistemele bazate pe ARM Cortex-7. Chiar și atunci când o comparăm cu opțiunile A53, arhitectura A35 oferă avantaje, precum o amprentă mai mică și un preț mai mic. Pentru aplicații complexe în care memoria este extrem de solicitată, performanțele de calcul sunt comparabile, A35 obținând o performanță de 85% chiar și pentru aceleași sarcini de încărcare²⁾³⁾. Aceste caracteristici, precum și alte avantaje, demonstrează că nucleele A53 și A35 sunt cele mai atractive procesoare de aplicații din ecosistemul ARM la acest moment.

Grup (sau complex) de nuclee disponibil în configurații multiple

În mod similar, NXP a creat un așa-numit ‘grup de nuclee’, disponibile în numeroase și diferite variante de cipuri i.MX 8. În funcție specificul aplicației, sunt adăugate nuclee suplimentare, cum ar fi nucleul de înaltă performanță A72, care, în comparație cu A53, impresionează prin capabilitatea sa de execuție ‘out-of-order’. (n.red.: O execuție de tip ‘out-of order’ (OOE) este o tehnică de planificare dinamică prin care instrucțiunile sunt executate în altă ordine decât cea a programului, însă rezultatele sunt ordonate ca și cum ar fi fost executate normal. Prin această rearanjare, se evită adăugarea de întârzieri, intrând în pipeline instrucțiuni fără dependențe de date între ele). Drept urmare, A72 atinge 6.35 DMIPS/MHz, ceea ce reprezintă aproape de trei ori puterea de calcul pe megahertz a nucleului A53, cu 2.24 DMIPS/MHz⁴⁾. Acest lucru este deosebit de interesant pentru platformele hardware virtualizate. Alte domenii în care diversele serii și variante de procesoare se deosebesc includ unități grafice integrate, un număr de microcontrolere M4F integrate pentru funcții I/O, precum și controlul și procesarea semnalului. M4F preia, de asemenea, monitorizarea sistemului atunci când nucleele Cortex-A sunt oprite pentru a economisi energie. Cele mai atractive “grupuri de nuclee” pentru aplicațiile de calcul embedded sunt, în esență, variantele i.MX 8 fără sufix, precum și cele cu sufixele 8M Mini și 8X, unde performanța scade din ce în ce mai mult.

Sisteme de top cu grafică 4K

Modulele SMARC și Qseven cu i.MX 8 se bazează pe procesoarele i.MX8 QuadMax, 8QuadPlus și 8DualMax. Pe lângă patru nuclee A53, QuadMax mai are două nuclee ARM Cortex-A72 de înaltă performanță, iar 8QuadPlus are un nucleu A72. Pe de altă parte, procesorul i.MX 8DualMax, dispune de două nuclee A72. Cu două unități grafice GC7000 (1x pentru i.MX 8 DualMax), acestea oferă capabilități grafice avansate pentru până la trei display-uri 1080p independente sau pentru un singur monitor 4K, pentru care modulele SMARC și Qseven oferă deja suport HDMI2.0 pentru aplicații gata de utilizat cu HDCP 2.2, 2x LVDS și 1x eDP 1.4.

Suportul este furnizat suplimentar atât pentru interfața Vulkan, cât și pentru OpenCL, OpenGL și OpenVX, acesta fiind potrivit în special pentru aplicațiile embedded în timp real. Aplicațiile includ urmărirea feței, corpului și a gesturilor, supraveghere video inteligentă, sisteme avansate de asistență a șoferului (ADAS), reconstrucție de obiecte și scene, realitate augmentată, inspecție vizuală sau robotică. Numeroase funcții suplimentare oferă acestor module pe computer flexibilitate și performanțe ultra înalte. Lista include 2x GbE cu suport opțional IEEE1588 Precision Time Protocol, până la 6x USB inclusiv 1x USB 3.1, până la 2x PCIe Gen 3.0, 1x SATA 3.0, 2x bus CAN, 4x UART, precum și un modul opțional inclus pe placă Wi-Fi/Bluetooth cu Wi-Fi 802.11 b/g/n și BLE, precum și 2 intrări video MIPI CSI-2.

Sisteme low-end pentru aplicații (cost) sensibile din punct de vedere al costurilor

Modulele SMARC și Qseven CoM cu variantele lor de nuclee ARM Cortex-A35 bazate pe NXP i.MX 8X sunt cele mai bune alegeri când vorbim despre economii de energie și costuri. Acestea sunt echipate doar cu o unitate grafică GC7000 cu sau fără accelerație video și cu un controler M4F I/O. Chiar și la acest nivel de echipare, acestea oferă un set de caracteristici remarcabile în clasa sistemelor de calcul embedded de 2 până la 4 Wați, cu suport pentru două display-uri prin 1x LVDS cu două canale, 2x MIPI-DSI sau HDMI 1.3. Pentru celelalte I/O, există doar două diferențe: Modulele cu i.MX 8X oferă una în loc de două benzi PCIe Gen 3.0 și una în loc de două intrări de cameră MIPI-CSI. Altfel, setul de funcții care include suport Ethernet în timp real compatibil IEE 1588 este comparabil în cea mai mare măsură. Spectrul de utilizare i.MX 8X, variază de la dispozitive conectate IoT în aplicații de exterior și mobile, până la dispozitive industriale IIoT și Industry 4.0, mașini și sisteme cu virtualizare bazată pe hardware.

Sisteme industriale și IoT pentru uz universal

În gama medie, variantele Mini 8M conving mulțumită nucleelor A53 care beneficiază de o proiectare centrată pe economia de energie, cu microarhitectură FinFet de 14 nm, în comparație cu procesoarele de top fără sufix. Datorită structurii mai eficiente a tehnologiei de 14 nm, acestea oferă o rată de ceas maximă de 1.8 GHz pentru performanțe ridicate, cu consum de putere optimizat. Conform NXP, larg scalabila familie de procesoare i.MX 8M Mini cu unul-, două- și patru-nuclee, poate fi universal utilizată în toate aplicațiile industriale și IoT, unde setul de caracteristici oferit de variantele mai puțin puternice – i.MX 8M Nano – nu este suficient. Avantajele semnificative ale i.MX8 M Mini includ suport generic PCIe, care pe modulele SMARC CoM este utilizat pentru a suporta setul standard de caracteristici al acestei specificații în paralel cu funcțiile video de decodare și codare.

De la sisteme de înaltă performanță cu consum mic de putere, cu grafică 3D de înaltă rezoluție, până la sisteme medii cu scalare largă și sisteme ultra-eficiente energetic, de 2 Wați, familia NXP i.MX 8 oferă nenumărate posibilități pentru care companii – precum congatec – oferă suport în lumea ecosistemelor Computer-pe-Modul, gata pentru utilizare.

Atingerea obiectivului mai rapid, mai ieftin și mai sustenabil

Standardele Computer-on-Module, precum SMARC și Qseven, acționează ca un “adeziv” între aplicație și componentele hardware. OEM-urile beneficiază, de asemenea, de compatibilitate software, care se extinde mult dincolo de familiile de procesoare individuale. Deoarece API-urile sunt identice pentru generații diferite de procesoare și pentru producători, interfețele hardware specifice pot fi gestionate în mod uniform. Acest lucru accelerează timpul de lansare pe piață, simplifică documentația OEM și asigură, de asemenea, o scalabilitate sustenabilă pentru a susține următorul, chiar și următorul, (dar un produs OEM) – indiferent de producătorul procesorului. Pe scurt, condiții ideale pentru a testa aplicabilitatea universală a portofoliului i.MX8.

(n.red.: Application Programming Interface (API) reprezintă un set de definiții de sub-programe, protocoale si unelte pentru programarea de aplicații și software. Un API poate fi pentru un sistem web, sistem de operare, sistem de baze de date, hardware sau biblioteci software. De exemplu, când este vorba despre interfața dintre programele de aplicație și sistemul de operare, acesta stabilește în amănunt modul în care programele de aplicație pot accesa (apela) serviciile sistemului de operare sub care rulează. – wikipedia.)

Platforma (carrier) de evaluare vine cu un set bogat de caracteristici și a fost creată pentru a facilita dezvoltatorilor posibilitatea să testeze noi procesoare și aplicații.

Platforme de evaluare cu un set bogat de caracteristici

Plăcile carrier de evaluare (n.red.: numite și plăci de bază), cum ar fi conga-SEVAL, sunt disponibile pe scară largă în acest scop. Aceste kituri de start includ tot ceea ce este necesar pentru pornirea aplicației și suportă întregul set de caracteristici și opțiuni pentru fiecare dintre standarde. Soluțiile de plăci carrier bazate pe standardele recunoscute ale plăcilor de bază embedded și ale computerelor pe o singură placă sunt din ce în ce mai atractive.

De asemenea, acestea îndeplinesc toate cerințele pentru implementarea lor în teren, deoarece pot fi ușor montate într-o carcasă corespunzătoare și apoi certificate ca sisteme. Un astfel de exemplu este noua placă de 3.5-inch pe care congatec a prezentat-o la Embedded World și care a fost deja pre-calificată pentru a fi utilizată cu toate modulele SMARC CoM bazate pe i.MX 8.

SMARC bazat pe plăci de 3.5-inch

Conga-SMC1 de 146 × 102 mm oferă suport dual GbE, 5x USB și USB hub, plus SATA 3 pentru hard disk-uri externe sau SSD-uri. Pentru extinderi specifice, placa oferă un slot miniPCIe, precum și un slot M.2 Type E E2230 cu I2S, PCIe și USB, și un M.2 Type B B2242/2280 cu 2x PCIe și 1x USB. De asemenea, sunt integrate atât un slot MicroSim pentru conexiune IoT, cât și interfețe specifice embedded, cum ar fi 4x UART, 2x CAN, 8x GPIO, I2C și SPI. Display-urile pot fi conectate prin HDMI, LVDS/eDP/DP și MIPI-DSI. Placa oferă și două intrări MIPI-CSI pentru conectarea camerei. Sunetul I2S poate fi implementat prin jack audio. Deoarece acestea vin cu socluri SMARC, noile computere pe o singură placă (SBC) conga-SMC1 de 3.5 inch pot fi echipate extrem de flexibil cu oricare dintre cele 12 module noi bazate pe NXP i.MX 8. Variantele care nu necesită toate interfețele pot fi produse în cantități relativ mici, utilizând PCB-uri identice, dar cu o listă de materiale (BOM) redusă și cu funcționalitatea restrânsă la scopul exact al modulului respectiv, ceea ce face posibilă furnizarea de loturi la nivel industrial în orice moment.

Integrare ușoară a camerei

congatec va implementa, de asemenea, plăci carrier de 3.5 inch într-un nou kit de viziune cu o cameră de 13 megapixeli de la Basler. Ceea ce este deosebit de notabil aici este că placa dispune deja de 2 intrări MIPI-CSI cu conectori panglică, ceea ce înseamnă că poate fi integrată direct orice cameră MIPI, fără hardware suplimentar. Pentru a înțelege cât de puternice pot fi platformele de viziune bazate pe ARM, puteți utiliza kitul gata pentru aplicații de retail dezvoltat de congatec, Basler și NXP, care utilizează inteligența artificială pentru a recunoaște produsele fără a fi nevoie de coduri de bare sau QR. Obiectele sunt detectate în timp real prin intermediul fluxului video furnizat de camera integrată în computerul pe modul bazat pe i.MX 8. Sistemul este atât de puternic încât nu necesită o conexiune la cloud, spre deosebire de toți asistenții (vocali) actuali, care au încă nevoie de o conexiune permanentă pentru recunoaștere vocală.

Integrarea soluției wireless potrivite

Multe aplicații, altele decât aplicațiile complexe de AI și viziune, necesită, de asemenea, conectivitate wireless. Pentru evaluarea lor, congatec oferă deja o versiune standard cu Wi-Fi 802.11 b/g/n și BLE. Aceasta poate fi integrată fie direct pe unele module SMARC, fie pe placa de bază (carrier). Chiar dacă este o versiune standard, aceasta a fost proiectată pentru a satisface cerințe maxime. În general, OEM-urile au nevoie de un set de caracteristici foarte specifice, la cea mai mare eficiență din punct de vedere al costurilor și al consumului energetic. Pentru a realiza acest lucru, congatec îi ajută pe clienții săi să găsească și să integreze soluția wireless potrivită pentru aplicația specifică în ceea ce privește randamentul, funcționalitatea, costul și compatibilitatea.

Acoperirea problemelor de securitate

congatec abordează, de asemenea, o altă problemă din ce în ce mai importantă: asigurarea securității datelor și a funcționalității dispozitivelor bazate pe i.MX 8 prin High Assurance Boot (HAB). HAB asigură că numai software-ul autentificat este executat pe dispozitivul ARM. Acest lucru nu este important doar pentru dispozitivele conectate IoT, ci și, în special, pentru toate aplicațiile critice în materie de securitate din sectorul de asistență medicală și în domeniul de guvernare electronică (e-guvernare), unde datele sensibile cu caracter personal trebuie protejate cu orice preț. Întrucât certificarea BSI este adesea necesară pentru astfel de cazuri de utilizare, congatec oferă clienților săi suportul firmare și software adecvat, pe lângă documentația extinsă.

Inițializarea sistemului

Pentru a-și putea începe evaluările, dezvoltatorii ARM au nevoie de suport software complet, cum ar fi pachete de asistență cu un bootloader configurat corespunzător, imagini Linux, Yocto și Android compilate în mod corespunzător și toate driverele necesare. congatec oferă binare precompilate pe GitHub, care integrează toate aceste componente. Utilizând module bazate pe ARM, dezvoltatorii pot începe aplicațiile la fel de ușor ca în lumea Windows.

Placa de 3.5 inch conga-SMC1 poate fi scalată cu module SMARC i.MX8 și este o soluție perfectă pentru proiectarea de familii de produse, precum și de loturi de mici dimensiuni, datorită acestei flexibilități. clienții congatec pot solicita, de asemenea, schemele pentru a-și crea cu ușurință propriile modele.

Integrare rapidă

Cu noile module SMARC și Qseven bazate pe NXP i.MX 8, dezvoltatorii de aplicații IIoT și de viziune embedded extrem de integrate pot ajunge la nivelul tehnologic următor foarte rapid și cu ușurință, deoarece pot integra imediat în aplicațiile lor un modul “de pe raft”, de dimensiunea unui card de credit, cu cerințe minime de spațiu. Kit-urile de start și plăcile gata pentru aplicație, cum ar fi SBC-urile de 3.5 inch de la congatec, sunt componente cheie ale ecosistemului complet i.MX 8 de produse și servicii. Cu costuri NRE reduse, acestea permit o evaluare și lansare pe piață rapidă a acestei arhitecturi de procesor nou, care va deschide multe domenii noi de aplicații, de exemplu în zona aplicațiilor industriale în timp real și de viziune bazată pe AI. Portofoliul de dispozitive hardware este completat de serviciile extinse oferite prin intermediul Centrului de Suport Tehnic al Congatec, care include training ARM pentru dezvoltatori, precum și servicii complete de proiectare.

(n.red.: Costurile de tip NRE includ costurile de proiectare și de verificare prin simulare, precum și toate activitățile desfășurate până la realizarea unui prototip care funcționează conform specificațiilor.)

Serviciile sunt extrem de importante

Serviciile de proiectare furnizate de Centrul de Soluții Tehnice al congatec pentru noile module SMARC 2.0 și Qseven cu procesoare NXP i.MX 8X se situează într-o gamă largă, de la implementare HAB până la autentificarea imaginii de încărcare a sistemului de operare prin criptografie cu cheie privată și publică, adaptare BSP specifică pentru client și mentenanță software pe termen lung pentru Linux și Android. Oferta de servicii include, de asemenea, selectarea plăcilor carrier adecvate și recenzii de proiectare, precum și teste de conformitate semnalelor de mare viteză, simulări termice, calcule MTBF și servicii de depanare pentru soluții specifice clienților. Scopul este de a oferi clienților cel mai accesibil și mai eficient suport tehnic în orice moment – de la cerințe de inginerie până la producție la scară largă, cu proiecte personalizate complet.

(n.red.: În sistemele embedded, un BSP (Board Support Package) este stratul de software care conține drivere specifice hardware-ului și alte rutine care permit unui anumit sistem de operare (în mod tradițional, un sistem de operare în timp real sau RTOS) să funcționeze într-un anumit mediu hardware (un computer sau card CPU), integrat cu RTOS-ul în sine. Dezvoltatorii hardware terți care doresc să sprijine un anumit RTOS trebuie să creeze un BSP care să permită acelui RTOS să funcționeze pe platforma lor. În majoritatea cazurilor, imaginea și licența RTOS, BSP-ul care o conține și hardware-ul sunt grupate de furnizorul de hardware.)

Noul starter kit Basler pentru sisteme MIPI-CSI bazate pe viziune.

Kit de învățare profundă pentru aplicații de retail

congatec, Basler și NXP au dezvoltat împreună un kit de start de învățare profundă (Deep Learning) bazat pe camera MIPI-CSI 2 pentru sectorul de retail. Acesta ilustrează gama de posibilități pe care tehnologiile de viziune le aduc aplicațiilor embedded și modul în care acestea pot simplifica viața noastră de zi cu zi. Dotat cu o rețea neuronală și tehnologie pentru recunoașterea obiectelor, sistemul recunoaște articolele dintr-un coș de cumpărături pe baza unui flux video pentru a crea și afișa factura finală. Astfel de sisteme deschid noi perspective pentru aplicațiile de vânzare cu amănuntul: acestea facilitează adăugarea de produse noi în gamă, deoarece pot fi integrate folosind modele de instruire cu rețele neuronale sau chiar modelare sparse.

(n.red.: În esență, ‘Sparse Modeling‘ oferă o abordare de modelare a datelor care se concentrează pe identificarea caracteristicilor unice. Mai simplu spus, Sparse Modeling interpretează datele similar cu modul în care o face creierul uman, în loc să analizeze fiecare fir de păr și fiecare milimetru al unei persoane.)

Comercianții cu amănuntul beneficiază de costuri mai scăzute ale forței de muncă și de o experiență de retail îmbunătățită semnificativ prin efectuarea de plăți instantanee, cozi mai scurte și capacitate de prelucrare a plăților de 100% în orice moment – chiar și atunci când magazinul este deschis 24/7. Sistemul se bazează pe un kit Basler de viziune embedded, un sistem pe cip (SoC) i.MX 8QuadMax de la NXP, care rulează pe un computer pe modul (CoM) conga-SMX8 SMARC 2.0 de la congatec, o placă de bază SMARC 2.0 și un modul de cameră dart BCON de la Basler pentru MIPI 13 MP.

Autor: Martin Danzer este Director Product Management la congatec AG

Despre autor
Martin Danzer, este Director la departamentul de management al produselor la congatec.