基于IntelElement的首款模块化IPC

2022-07-18 14:50:35 147小编 141

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什么是模块化电脑(Computer On Modules)?

模块化电脑(COM)是一种集成了CPU,芯片组,内存等功能为一体的模块,它需要搭配载板来进行供电及外围扩展。COM模块有丰富的规格标准,可提供不同外形尺寸和引脚类型的产品,它不仅使 OEM 客户能够灵活地为其应用选择合适的解决方案,还可节省开发时间。

目前主流的类型有COM Express(Basic、Compact、Mini)、ETX、Q7、SMARC 等标准,提供了丰富多样的如PCI-Express、PCI、 ISA、SATA、IDE、USB3.0等接口。每类标准都遵循其接口与机构的要求,这也让产品的升级换代变得非常方便。这些使得COM方案成为客户设计其特定应用解决方案的首选。

图1:模块化电脑的架构

图2:模块化电脑核心板产品形态

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Intel Element与模块化电脑的异同点

1)相同点

1、集成化

Intel Element与模块化电脑均为集成了CPU芯片组、内存等功能为一体的模块

2、载板(Carrier Board)

如需组成完整的系统,均需要与载板(Carrier Board)配合,载板用于供电及外围扩展

3、CPU封装(CPU package)

CPU均为BGA封装,直接板贴

4、I/O板兼容

I/O板向前兼容未来产品

5、升级迭代方便

每类标准都遵循其接口与机构的要求,这让产品的升级换代变得非常方便

6、缩短研发周期

使OEM客户能够灵活地为其应用选择合适的解决方案,还可节省开发时间

2)差异点

1、Form Factor(外形尺寸)

1.1)Intel Element尺寸为95*65mm

1.2)模块化电脑COM有多个尺寸,Compact (95x95mm) ,BASIC(95x125mm),Extended(155x110mm),COM ExpressMini SIZE (84 x 55 mm)等

2、Pin-out Type(引脚输出类型)

2.1)Intel Element引脚输出类型为单个300pin双排连接器

2.2)COMe的引脚输出类型为两个220pin双排连接器

3、CPU Type(CPU类型)

3.1)Intel Element的CPU为低功耗U系统CPU(Celeron~i7)

3.2)模块化电脑的CPU可选范围较广,Celeron~Xeon均可配置,取决于ODM厂商产品定义

4、Chipset(芯片组)

4.1)Intel Element的CPU为SoC类型,没有单独芯片组(Chipset)

4.2)模块化电脑既可以是SoC类型CPU,也可以是CPU+Chipset类型,可以扩展更多路的PCIe(如1*PCIe x16)

5、Memory(内存)

5.1)Intel Element的Memory为板贴(Soldered-down)类型,支持的容量为4GB~16GB,取决于具体CPU配置

5.2)模块化电脑的Memory既可以是板贴(Soldered-down)类型,也可以是插槽(DIMM)类型,支持的容量为4GB~128GB,取决于具体CPU配置

6、Graphics(图形)

6.1)Intel Element的Graphics是CPU自带的集显,由于PCIe数量有限,无法扩展独显

6.2)模块化电脑的Graphics既可以是为CPU自带的集显,也可以通过载板扩展独显(1* PCIe x16)

7、PCIe Lane(PCIe数量)

7.1)Intel Element的PCIe数量为9路

7.2)模块化电脑的PCIe数量为4~32路不等,取决于具体的CPU+Chipset方案

8、Ethernet(以太网)

8.1)Intel Element未集成网卡芯片,需通过载板集成实现

8.2)模块化电脑集成了1~2路千兆网卡芯片

9、WIFI/BT(无线/蓝牙)

9.1)Intel Element集成了WIFI/BT模块

9.2)模块化电脑未集成WIFI/BT模块

10、I/O Port(I/O接口)

10.1)Intel Element支持1*SATA,模块化电脑支持1~4*SATA

10.2)Intel Element支持4*USB3.0/3*USB2.0,模块化电脑支持1~4*USB3.0/4~8*USB2.0

10.3)Intel Element未集成GPIO,模块化电脑支持8~12*GPIO

10.4)Intel Element未集成COM Port,模块化电脑支持2~4*COM Port

10.5)Intel Element未集成CAN Bus,部分模块化电脑支持CAN Bus(如SMARC)

11、Watchdog(看门狗)

11.1)Intel Element未集成Watchdog功能,需Carrier Board支持

11.2)模块化电脑集成了Watchdog功能

12、Supply Voltage(电源电压)

12.1)Intel Element的电源电压要求为DC 5.7-20V

12.2)模块化电脑的电源电压要求为Vin 4.75-20V/Vsb 4.75-5.25V

13、Environment(环境)

13.1)Intel Element的操作温度(Operating Temp)取决于载板及系统设计,模块化电脑的操作温度(Operating Temp)为0~60℃

13.2)Intel Element的存储温度(Storage Temp)为-40~60℃,模块化电脑的存储温度(Operating Temp)为-40~85℃

14、BIOS(基本输入输出系统)

14.1)Intel Element的BIOS由Intel进行维护,不开放源码给客户

14.2)模块化电脑的BIOS由ODM厂商进行维护

图3:IntelNuc Element--Top

图4:IntelNuc Element--Bottom

图5:COM Express产品--研华SOM-9590--Top

图6:COM Express产品--研华SOM-9590--Bottom

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基于Intel Element打造的工控机

1)Element产品优势

传统的工控机(IPC)一般都是基于嵌入式CPU(EmbeddedCPU)打造的,Element(计算模块)和目前EmbeddedCPU在工控机应用上的几点对比:

1、模块化之后,工厂备料容易,资金成本有所降低。

2、开发IO板难度降,意味着可以适当丰富产品线,提升竞争力。

3、Intel决心推模块化产品Element,支持力度很大,简单来说,货源方面,很多低功耗的U,ODM厂商拿货不稳定,影响交付。

图7:Element产品优势

基于Element与工控机潜在的诸多契合点,为此我们与一家资深的、行业内较为知名的ODM工控机厂商进行合作,由神码主导产品定义,这家ODM厂商立项设计与生产,打造了一款接口丰富的工控产品,可以用于多个行业(智慧零售、智慧金融、智慧交通、智慧安防、智能工厂、数字标牌等)。

图8:基于Element打造的多U多串工控机

2)这款工控机产品的主要特点

基于Intel Nuc Compute Element模块

支持1*VGA/1*LVDS/1*HDMI 3种显示接口,支持独立双显

支持6*串口,其中2个支持RS232/RS485/RS422模式,其余4个串口支持RS232

2*RJ45千兆网络控制器(Intel I219 & I211)

音频:1* Mic_in/1* LINE_OUT,1*双通道功放JAMP接口(带功放)

1* M.2 M KEY(支持2242/2260/2280规格);1*SATA3.0(与M.2接口功能二选一,带独立供电接口)

1*M.2 B KEY(仅USB3.0信号,支持3042/3052两种规格),支持5G/4G模块

7*USB3.0/5*USB2.0(2* Header)

电源供电:DC 12V

尺寸:265(W)x176(D)x70(H)mm

图9:工控机载板+Intel Nuc Element

载板上面有1片银光闪闪的模块?在之前文章中(可以参考本公众号之前文章:INTEL计算模块的前世今生),我们提到intel的最新大作--Intel Nuc Element,这款工控机就是基于计算模块打造的产品。

这款工控机所有接口均布放在同一面,方便整机设备内部布线,同时也便于运维。

图10:接口布局及定义

3)工控机配置

这款工控机可选配置(Intel NUC 8 Compute Element),CPU支持从赛扬到i7/v7,内存支持4GB/8GB,v5/v7支持TPM及vPro功能,5G/4G模块可选。除了可选第8代Element,目前亦可选第11代Element( Intel NUC 11 Compute Element)。

图11:可选配置(Intel NUC 8 Compute Element)

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计算模块与工控机产品的良好契合点

IO板研发出来之后,Element 300PIN的接口是不会改变的,一款IO板可以用好几代,相对于每出一代CPU就要研发一块板子来说,研发费用大大减少,后面不管8代,11代,12代,无缝升级。

Element涵盖了大部分核心部件,而需要客户来生产的IO板,料件需求就少多了,特别在2021这个原材料缺到令人发指的时间,那节省的可不是一点半点。

客户可以非常方便的去选取配置,随需求,看心情,按预算,赛扬/i3/i5/v5/i7/v7均可。

售后更加便捷,更易判定,哪里坏了换哪里,只需要插拔就可以。