В статье кратко описан стандарт встраиваемых компьютерных модулей SMARC. Приведены примеры модулей и изделий, построенных на их базе.
Компьютерные модули, называемые также компьютерами на модуле (Computer-on-Module) или системами на модуле (System-on-Module), представляют собой компактный вычислитель, содержащий центральный процессор (ЦП), память, контроллеры периферии и вторичные источники питания. Все периферийные интерфейсы выведены на разъемы в соответствии с общепринятой спецификацией.
Компьютерные модули широко применяются как для решения тех задач, которые невозможно эффективно решить с помощью стандартных встраиваемых плат, так и для решения задач обновления технического решения наследственных или устаревших систем.
Описание преимуществ и выпускаемых компьютерных модулей в форм-фаторах ETX, SMARC, СOM Express представлено в статье [1].
Далее будет приведено описание стандарта встраиваемых компьютерных модулей: SMARC и краткое описание модулей в данном стандарте.
SMARC
Стандарт SMARC («Smart Mobility ARChitecture») разработан консорциумом SGET в 2013 году. Модули стандарта быстро стали очень популярными масштабируемыми строительными блоками, позволяющими разработчикам создавать приложения нового поколения.
Модули SMARC предназначены для создания компактных вычислительных устройств с низким энергопотреблением. Область применения модулей SMARC постоянно расширяется по мере развития технологий Интернета вещей и искусственного интеллекта: от решений по автоматизации производства до обработки изображений, мультимедиа и т. п. Они также могут быть использованы в различных приложениях, от промышленных автоматизации до медицинского оборудования и транспортных средств
Кроме того, модули SMARC зарекомендовали себя при создании компактных портативных устройств, где энергопотребление не должно превышать нескольких ватт, а вычислительная мощность должна быть особенно высокой.
SMARC-модули могут быть построены на базе центральных процессоров с архитектурами ARM, X86 или RISC и поддерживают различные операционные системы, такие как Linux, Windows Embedded и даже QNX.
Модули SMARC являются популярными среди разработчиков встраиваемых систем благодаря своей гибкости, модульности и производительности. Они позволяют сократить время разработки и упростить сопровождение системы, что делает их идеальным выбором для широкого спектра приложений
Модули SMARC имеют стандартизированный форм-фактор и интерфейсы (назначение контактов жестко прописано в спецификации), что позволяет легко заменять модули в системе без необходимости перепроектирования всей системы.
Компьютерные модули SMARC имеют несколько преимуществ по сравнению с другими компьютерными модулями:
- Компактный размер: SMARC-модули имеют габариты с кредитную карту, что делает их идеальными для использования в ограниченном пространстве. Они часто используются во встраиваемых системах, таких как промышленные компьютеры, медицинские приборы и автоматизированные системы.
- Масштабируемость: SMARC-модули предоставляют гибкую платформу для разработчиков, позволяя им выбирать модули от разных производителей с различными характеристиками и возможностями, такими как процессор, оперативная память, графика и т. д. Это обеспечивает масштабируемость в разработке продуктов и легкое обновление их при необходимости.
- Низкое энергопотребление: SMARC-модули обычно имеют низкое энергопотребление, что делает их эффективными для использования в портативных и мобильных устройствах. Они являются идеальным выбором для разработчиков, которые стремятся создать энергоэффективные продукты.
- Стандартизация: SMARC-модули разработаны на основе открытого стандарта, что обеспечивает совместимость и переносимость. Это позволяет разработчикам использовать SMARC-модули от разных производителей и без проблем комбинировать их с другими компонентами системы.
- Легкость разработки: SMARC-модули предоставляют готовую платформу, которую разработчики могут использовать для ускорения процесса разработки. Они включают в себя основные компоненты и интерфейсы, такие как Ethernet, USB, HDMI, CAN, PCIe и другие, чтобы обеспечить подключение к периферийным устройствам, что позволяет сосредоточиться на разработке приложения, не занимаясь проектированием базовой аппаратной платформы.
- Надежность: SMARC-модули обычно производятся производителями промышленных модулей в соответствии с высокими стандартами качества и имеют долгий срок службы. Это делает их надежным выбором для использования в критически важных приложениях, где требуется стабильная работа и минимальные сбои.
Спецификация определяет два размера модуля: 82 мм × 50 мм и 82 мм × 80 мм (Рисунок 1). Основное питание модулей – 5 В.
 |
|
| Рисунок 1. | Габаритные размеры модулей SMARC. |
Список обязательных и дополнительных интерфейсов модуля приведен, а Таблице 1:
«Обязателен» указывает на обязательное требование
«Рекомендован» указывает на рекомендуемое, но не обязательное требование.
«Может быть» указывает на редко используемый дополнительный интерфейс.
| Таблица 1. | Список интерфейсов модулей SMARC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Печатные платы модуля имеют 314-контактный краевой разъем, который соединяются с низкопрофильным 314-контактным прямоугольным разъемом типа MXM3 на несущей плате (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Компьютерный модуль SMARC c несущей платой. |
Разъем MXM3 обычно используется для видеокарт или модулей в форм-факторе SODIMM. Но назначение контактов на Модулях SMARC и графических картах различные. Контакты модуля SMARC намеренно пронумерованы как P1 – P156 и S1 – S158 с целью отличия модуля SMARC от графического модуля MXM3.
В Таблице 2 приведен перечень рекомендованных к использованию разъемов.
| Таблица 2. | Перечень рекомендованных разъемов для подключения модулей SMARC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Обзор модулей SMARC
Далее, в качестве примера, будут рассмотрены модули производства НПК «АТРОНИК» на ЦП RockChip RK3568J (МЦП1502) и RK3588J (МЦП1503).выполненные в соответствии со спецификацией SMARC 2.1.1.
На Рисунках 3 и 4 представлены компьютерные модули МЦП1502 и МЦП1503.
 |
|
| Рисунок 3. | Модуль МЦП1502 производства АО «НПК «АТРОНИК». |
 |
|
| Рисунок 4. | Модуль МЦП1503 производства АО «НПК «АТРОНИК». |
Основные отличия модулей МЦП1502 и МЦП1503 приведены в Таблице 3.
| Таблица 3. | Сравнение модулей SMARC МЦП1502 и МЦП1503 | |||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
| *ECC – ECC-память (англ. error-correcting code memory, память с коррекцией ошибок (автоматически распознаёт и исправляет спонтанно возникшие изменения (ошибки) битов памяти) |
||||||||||||||||||||||
Наглядная оценка производительности процессоров RockChip RK3568/3588 по сравнению с другими процессорами для встраиваемых систем показана на Рисунке 5.
 |
|
| Рисунок 5. | Сравнение производительности процессоров, DMIPS. |
| ** DMIPS – анг. Dhrystone MIPS. Стандарт для сравнения производительности разных микроконтроллеров / микропроцессоров в разных наборах команд. |
|
Для задач тестирования, отладки прикладного программного обеспечения для модулей МЦП1502/1503 НПК Атроник предлагает использовать модули центрального процессора МЦП905/МЦП906.
 |
|
| Рисунок 6. | Модуль центрального процессора МЦП905. |
Модули МЦП905 и МЦП906 конструктивно состоят из трех элементов (Рисунок 6): компьютерного модуля стандарта SMARC (в центре), несущей платы (вверху) и теплоотводящей пластины (внизу). Отладочный комплект может быть построен на базе МЦП1502 или МЦП1503 и обеспечивает доступ к интерфейсам расположенным на SMARC модулях.
МЦП905/МЦП906 – это высоконадежный промышленный компьютер, выполненный в форм-факторе 3.5”. Дублированные коммуникационные интерфейсы CAN, RS485/422, Ethernet и гибкие возможности расширения с помощью стандартизованных модулей miniPCIe, M.2, ClickBoard позволяют использовать его для решения большинства пользовательских задач. Конструктив МЦП905/МЦП906 (не требующий систем активного охлаждения) позволяет применять его без каких-либо доработок в вычислительных устройствах АСУ ТП, системах видеоаналитики, мониторинга и управления транспортными средствами, объектами транспортной и критической информационной инфраструктуры (КИИ)
Примеры блоков на базе модулей SMARC
В настоящее время НПК Атроник применяет модули формата SMARC в следующих вычислителях:
- Блок компьютера ВК02. Применяется в составе микропроцессорных системах управления (МСУ) маневровых тепловозов. Блок предназначен для реализации алгоритмов управления, диагностики силового и вспомогательного оборудования в составе систем управления железнодорожного подвижного состава, а также функции «Автомашинист».
 |
|
| Рисунок 7. | Блок компьютера ВК02. |
- Блок центрального процессора БЦП05 – безвентиляторный модульный компьютер для задач, требующих непрерывного режима работы. БЦП05 предназначен для использования в составе систем управления тягового подвижного состава железных дорог в качестве устройства записи и хранения видеоданных.
 |
|
| Рисунок 8. | Блок центрального процессора БЦП05. |
- Биометрический терминал БМТ02. Предназначен для биометрической идентификации по геометрии лица в составе системы контроля и управления доступом СКУД. Терминал имеет влагозащищенное вандалоустойчивое исполнение и расширенный диапазон рабочих температур.
 |
|
| Рисунок 9. | Биометрический терминал БМТ02. |
- Блок индикации машиниста БИ М12. 12-дюймовый панельный компьютер, предназначенный для вывода графической и звуковой информации, приема и передачи данных в систему управления поездом, отображения видео, поступающего с камер системы видеонаблюдения.
 |
|
| Рисунок 10. | Блок индикации машиниста БИ М12. |
Особенностям блока БИ М12 являются:
- развитые коммуникационные возможности (1 × RS-232 с гальванической изоляцией; – 2 × Ethernet 10/100 Мбит/с с гальванической изоляцией; – 4 × CAN2.0B с гальванической изоляцией; – 1 × USB 2.0;);
- очищаемая плоская передняя панель;
- отсутствие вентиляторов и отверстий в корпусе;
- PCAP сенсорный экран на ударопрочном стекле.
Заключение
Преимущества использования SMARC-модулей включают:
- Гибкость: SMARC-модули обеспечивают возможность выбора подходящего процессора и характеристик для конкретного приложения. Это позволяет оптимизировать систему под требуемые задачи.
- Компактность: Модули SMARC объединяют множество интерфейсов в одном компактном модуле, что упрощает проектирование и снижает размер системы.
- Легкость модернизации: Стандартизированный формат и назначение контактов SMARC-модулей облегчают их замену или модификацию, что позволяет быстро адаптировать конечное изделие к новым требованиям или технологиям.
- Возможность масштабирования: SMARC-модули поддерживают различные процессоры и периферийные устройства, что позволяет расширять возможности конечной системы и улучшать ее производительность.
В целом, SMARC-модули представляют собой современное и гибкое решение для создания вычислительных систем и устройств, обладающее преимуществами компактности, масштабируемости, энергоэффективности, стандартизации, легкости разработки и надежности. Использование SMARC-модулей может быть полезно во множестве областей, таких как автоматизация, медицина, телекоммуникации, промышленность и другие, где требуется компактный масштабируемый встраиваемый вычислительный модуль.
