System On Modules pino-compatíveis, mais tranquilidade para seu projeto

Introdução

Desenvolver um sistema embarcado do início ao fim é uma tarefa complexa e assumir riscos é uma necessidade inerente. Assumimos riscos em todas as etapas do processo, desde a definição do cronograma, passando pela identificação de requisitos, definição dos componentes, insumos e fornecedores, prestadores de serviço, além de todos os envolvidos nas cadeias de desenvolvimento e produtiva.

É importante ressaltar que o ciclo de vida de um equipamento embarcado não termina no momento em que o protótipo é validado. Na verdade, é muito comum que diversas atualizações de projetos sejam realizadas durante a vida de um equipamento, dispondo-se a resolver problemas como:  falta de componentes; componentes descontinuados; adicionar novos requisitos; funcionalidade ao equipamento.

Escolhendo seu processador corretamente

Uma das questões cruciais em qualquer projeto/desenvolvimento de sistema é a definição do processador, o cérebro de seu sistema! Um artigo exclusivamente focado na comparação sobre escolher um microcontrolador (MCU) ou microprocessador (MPU) poderia ser escrito, mas o propósito deste artigo não é esse. Assumimos que sua escolha é por um microprocessador de arquitetura ARM Cortex-A ou similares (da mesma forma um artigo focando apenas nas arquiteturas x64 x86 ou ARM renderia várias linhas!).

A escolha de um processador segue critérios diversos, entre eles: funcionalidades, número e tipos de núcleos, frequência de clock, recursos, familiaridade com a marca ou família, documentação disponível, disponibilidade de mercado e ciclo de vida. É uma tarefa extremamente complexa, principalmente para novatos que não possuem a experiência de estimar a capacidade de processamento. O mesmo se aplica para demais componentes como memórias flash e RAM.

A escolha incorreta de um processador leva, em alguns casos, ao fracasso total de todo um projeto. Imagine que após vários meses de trabalho, protótipos construídos, além de departamentos envolvidos em um projeto, descobre-se que o processador não tem poder de processamento suficiente para atender aos requisitos. Na maior parte dos casos, uma alteração extensiva do sistema será necessária. Por isso, frequentemente desenvolvedores fazem escolhas superdimensionadas que acarretam em custos e complexidade desnecessária.

Uma abordagem frequentemente utilizada em projetos de sistemas embarcados é a utilização de System on Modules (Computadores em Módulo) ou SBC (Single Board Computer). Ambas as abordagens permitem o desenvolvimento de sistemas embarcados de forma rápida e adequada para baixos e médios volumes. Entretanto, mais caras para altos volumes. A discussão sobre o número mágico onde cada abordagem torna-se vantajosa é mais polêmica que arbitragem de derby. A realidade é que esse número é fortemente dependente da complexidade do projeto, do valor agregado, do volume e da estrutura da empresa que desenvolve e industrializa o equipamento. Se quiser se aprofundar a respeito disso, sugiro a leitura da série de artigos do Embarcados Estratégias para desenvolvimento de Hardware Embarcado.

A Toradex desenvolve e fornece duas linhas completas de computadores em módulo. As famílias Colibri e Apalis são consagradas e aplicadas nos mais diversos mercados. Alguns exemplos de aplicação automotiva, militar e sinalização digital podem ser encontradas no site da Toradex.

O valor agregado nas famílias Colibri e Apalis

Ambas famílias Apalis e Colibri possuem um recurso único que proporciona aos engenheiros que as adotam uma grande flexibilidade e diminuição de risco na escolha do processador: a compatibilidade de pinos.

Vamos tomar como exemplo a família de módulos (System on Modules) Colibri. Atualmente ela conta com 13 diferentes processadores em um único fator de forma na mesma pinagem. Essa é uma abordagem que a Toradex adota, mas nem todos os fabricantes fazem o mesmo.

System on modules - Toradex Colibri

O grande efeito de uma padronização na pinagem dos módulos é a possibilidade de alterar o módulo e, consequentemente, o poder de processamento sem realizar nenhuma alteração no hardware da placa base. Tome como exemplo a placa base Iris, ela é compatível com qualquer módulo da família Colibri e externaliza diversas interfaces do padrão Colibri conforme a figura abaixo.

Placa base Iris, compatível com qualquer módulo da família Colibri

A maioria das empresas que decidem utilizar um computador em módulo projetam sua própria placa base. Apesar disso, a Toradex e seus parceiros possuem placas base de prateleira que transformam seus módulos em Single Board Computers. Tanto a Iris quanto a Viola são placas de prateleira (vendáveis em altos volumes e projetadas para serem aplicadas em produtos) que transformam os módulos em computadores embarcados completos (SBCs). Mais que isso, nessa estratégia os SBCs são customizáveis por permitir o upgrade do módulo e consequentemente da capacidade de processamento.

Afinal, qual é a vantagem da compatibilidade de pinos?

Vamos avaliar algumas das vantagens que você tem ao utilizar uma família pino-compatível:

  • Prolongamento do ciclo de vida: Conforme já comentamos, durante sua vida, um produto embarcado recebe atualizações e revisões. Tome como exemplo os clientes da Toradex que adotaram o módulo Colibri PXA320. Esse módulo foi lançado em junho de 2006 e continua sendo vendido pela Toradex (compromisso com produtos industriais e ciclo de vida!). Está planejado que o produto será descontinuado em 2020. Entretanto, os clientes que adotaram tal módulo podem, desde já, escolher um outro produto na família Colibri (por exemplo o Colibri iMX6 que tem seu ciclo de vida até 2028) e atualizar seu produto sem fazer alterações na sua placa base.
  • Redução de risco na seleção do processador: Temos um grande número de clientes que passam por este problema. É difícil determinar qual processador atende a demanda do produto, especialmente no caso de produtos novos em desenvolvimento. Vários engenheiros já relataram que quando o protótipo é apresentado ao time de vendas, novos requisitos aparecem e alteram a performance necessária para o processador. Um típico exemplo é o player de vídeo. Imagine um equipamento com uma interface de usuário simples onde a engenharia define utilizar um processador que não possui decoder de vídeo. Ao apresentar o protótipo para a área comercial, surge a ideia de criar vídeos como um manual de uso interativo do equipamento para serem executados no próprio equipamento. Com a família Colibri, apenas substituindo o módulo por outro módulo mais potente, que possua decoder, pode-se, por exemplo, adicionar uma GPU no sistema, aumentar ou diminuir a memória RAM/Flash, etc…
  • Escalabilidade de soluções: É muito comum que empresas lancem produtos com recursos diferentes, os famosos modelos “standard” e “premium”, entre outras qualificações. A compatibilidade de pinagem entra mais uma vez em cena como um importante recurso. Diversas vezes a empresa utiliza a mesma placa base, mas módulos diferentes para produtos diferentes, otimizando o custo da solução.
  • Aumento da velocidade de projeto: Outra vantagem interessante de adotar uma família pino compatível é o aumento da velocidade do projeto. Imagine que você quer desenvolver um novo produto e pretende utilizar o novo Colibri iMX8X. O Colibri iMX8X foi anunciado recentemente e deve chegar no mercado até o final do ano de 2018. Por ter o padrão Colibri, ele permite que você comece imediatamente seu projeto já projetando e testando a placa base e seu software com algum dos outros módulos da família Colibri. E assim que o Colibri iMX8X estiver disponível para compra, seu projeto já estará em fase avançada. Faltará apenas os testes e implementações que utilizam recursos específicos do hardware do processador i.MX8X.

A família Colibri possui uma extensa gama de processadores e configurações, você pode conhecer um resumo na página da família, na nossa ferramenta de comparação de produtos ou na tabela abaixo, onde os módulos disponíveis estão listados.

Para facilitar o projeto de placas base prevendo e preservando a compatibilidade entre os módulos, você pode utilizar uma ferramenta da Toradex chamada pinout designer. Para saber mais sobre ela, assista este webinar, visite a página da ferramenta ou conheça um pouco mais em meu artigo no Embarcados Guia para projeto de placa base de baixo custo para System on Modules

Conclusão

Este artigo apresentou as diversas vantagens que uma família de System on Modules com pinagem padronizada pode oferecer para os desenvolvedores. Entre elas estão o prolongamento do ciclo de vida do produto, a diminuição dos riscos assumidos na escolha do processador, a capacidade de escalonar a solução de acordo com os requisitos e aumento da velocidade de projeto. Além dessas, outras informações adicionais sobre a família de módulos Colibri foram fornecidas junto com detalhamento sobre placas base e como transformar seu computador em módulo em um SBC de prateleira.

A Toradex possui um escritório de vendas e suporte gratuito para clientes no Brasil. Contamos com estoque local e vendas diretas. Entre em contato conosco, tire suas dúvidas e acelere seu próximo projeto.

Toradex Brasil

R. Luis Spiandorelli Neto, 60 – Sala 802

[email protected]

19 3327 3738

(*) Este post foi patrocinado pela Toradex Brasil

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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