Fast Time to Market com Computadores em Módulo

Toradex

DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS EMBARCADOS

 

O antigo “toca-fitas” presente nos carros ganhou diversas novas funções e hoje é chamado de “infotainment system”. Esse é um ótimo exemplo do aumento de complexidade que ocorreu nos sistemas embarcados nos últimos anos. Novos recursos como leitor de SD Card, sincronização por Bluetooth, navegação GPS, “touchscreen”, câmera para manobras em ré, reconhecimento de voz, entre outros, afetaram intensamente a nossa interação com os automóveis. Essas mudanças, entretanto, tornaram o projeto de sistemas como este em algo incrivelmente complexo.

 

Esta crescente complexidade afeta diretamente o tempo, os riscos e custos necessários para o desenvolvimento de um novo produto. Além disso, o emprego dos microprocessadores mais avançados, a miniaturização dos componentes e as altas velocidades de comunicação com diversos circuitos integrados requerem a produção de placas muito mais complexas e caras.

 

Em diversos mercados o ciclo de vida de produto dura entre um a dois anos, como acontece com smartphones e tablets. Entretanto, sistemas voltados para as áreas médica e industrial requerem equipamentos que passam por certificações e devem possuir componentes para reposição e portanto ciclo de vida longo. Outro fator a ser avaliado é o custo de certificação do equipamento a cada atualização ou nova versão.

 

Atualmente, os desenvolvedores de sistemas embarcados possuem três opções: desenvolvimento completo do circuito, utilização de um “Single Board Computer” (SBC) ou utilização de um computador em módulo (CoM – “Computer on Module” ou SoM – “System on Module”).

 

O desenvolvimento completo de um circuito a partir do zero é um trabalho complexo e demorado. Apesar da ajuda das ferramentas para validação de conceito como os BeagleBoard, RaspberryPI, etc.; erros na definição dos requisitos iniciais podem gerar grandes atrasos no desenvolvimento. O projeto e fabricação das placas tornam-se extremamente complexos assim como o gerenciamento de ciclo de vida de cada componente presente na placa. A atualização do sistema com a introdução de novas tecnologias requer, na maior parte dos casos, modificações no projeto e desenvolvimento de novos protótipos e testes.

 

A utilização de “Single Board Computers” por outro lado, é a opção mais rápida para inserção do produto no mercado. Contudo o sistema fica preso às interfaces, fator de forma e conectores presentes no SBC selecionado. Em relação a custo, paga-se o preço excedente pelas interfaces e características existentes no equipamento que não são utilizadas.

 

Os computadores em módulos são placas eletrônicas que encapsulam toda a complexidade do sistema embarcado, entre elas: microprocessador, memória RAM e flash, controlador ethernet e todas suas interconexões em uma única placa. Essa placa é acoplada à uma placa de suporte contendo os conectores de vídeo, I/O e demais partes do sistema, através de um conector específico. Os computadores em módulo Toradex utilizam uma conexão SODIMM de 200 pinos para a família Colibri e MXM3 de 300 pinos para a família Apalis.

  

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FIGURA 1:CONEXÃO DO COMPUTADOR EM MÓDULO COM PLACA DE SUPORTE

  

  

O CONCEITO TORADEX EM COMPUTADORES EM MÓDULOS EMBARCADOS

 

A Toradex é uma empresa Suíça que acaba de completar dez anos desenvolvendo computadores em módulo. Atendendo mais de 3000 clientes ao redor do mundo a empresa apresenta um variado portfólio de soluções em computadores em módulo com tecnologia ARM e x86.

 

Na família de módulos ARM Apalis destaca-se o Apalis T30, baseado no processador NVIDIA Tegra 3, um quad-core rodando a 1.6GHz. O módulo ainda contém 2 – 8 GB de memória flash, 1 - 2 GB memória RAM. Controlador ethernet Gigabit e uma extensa lista de interfaces como GPIO, SPI, I2C, PWM, CAN, LVDS, USB 3.0, PCIe e SATA.

 

FIGURA 2: APALIS T30 – NVIDIA TEGRA 3
FIGURA 2: APALIS T30 – NVIDIA TEGRA 3

 

 

A família de módulos ARM Colibri possui diversos módulos com diferentes processadores como Marvell XScale® PXA, NVIDIA Tegra 2 e Tegra 3 e os novos Freescale Vybrid VF50 e VF61, estes foram recém lançados e são vendidos por USD$47 e USD$69 respectivamente conforme anunciado no shopping online da TORADEX. Os módulos Colibri são encapsulados em uma placa de apenas 67,2 x 36,7 mm.

 

Os módulos de uma mesma família são compatíveis pino a pino permitindo o uso de uma placa de suporte comum. Devido à essa característica é possível aumentar ou diminuir a capacidade do sistema apenas alterando o módulo acoplado a ele. Por exemplo, com a evolução e otimização de software seu produto pode passar de um módulo Colibri T30 para um módulo Colibri T20 o que representará uma economia de 25% no custo do módulo sem necessidade de nenhuma alteração na sua placa de suporte.

 

O ciclo de vida dos módulos TORADEX é extenso, os novos VF50 e VF61, por exemplo, estarão disponíveis até 2028. Os fabricantes de sistemas utilizando computadores em módulo não precisam se preocupar com o ciclo de vida de todos os componentes, principalmente microprocessadores e memória. A única preocupação é a placa de suporte que possuem menos componentes e que é mais simples que o CoM. Desta forma diminui-se o esforço, risco e custo na administração do ciclo de vida de produto.

 

FIGURA 3: COLIBRI VF61 – FREESCALE VYBRID ARM CORTEX-A5 COM UM CORE ADICIONAL M4
FIGURA 3: COLIBRI VF61 – FREESCALE VYBRID ARM CORTEX-A5 COM UM CORE ADICIONAL M4

 

Para auxiliar o desenvolvimento do sistema a TORADEX disponibiliza placas de desenvolvimento prontas, as quais contém interfaces para todos os recursos disponíveis no módulo, além de áreas e conectores especiais para monitoramento e teste dos sinais (acesso a osciloscópio, geradores de função). Todo o projeto elétrico da placa é disponibilizado de forma aberta e livre no portal de desenvolvimento com esquemas em Altium Designer que pode ser utilizado para o desenvolvimento da placa de suporte com as necessidades específicas do produto. Enquanto o PCB do módulo possui entre 8-12 camadas, o PCB da placa de suporte possuem apenas 4 camadas, tornando-a barata e simples. A placa de suporte é basicamente formada pelos conectores das interfaces e pelas trilhas até o módulo. Esta característica torna os computadores em módulo TORADEX uma solução onde a complexidade do desenvolvimento de uma solução a partir do zero está encapsulada em um módulo e ao mesmo tempo a customização da placa de suporte permite a personalização do sistema que os SBC não permitem.

 

Quando a customização de uma placa de suporte não é desejada a TORADEX oferece placas de suporte padrão: a placa de suporte IRIS para todos os módulos da família Colibri e a placa de suporte IXORA para os módulos Apalis. Estas placas possuem as interfaces para atender a maior parte das aplicações e transformam os módulos em Single Board Computer com capacidade de atualização do processador e tecnologia utilizada através da seleção de diferentes módulos.

 

FIGURA 4: PLACA DE DESENVOLVIMENTO PARA MÓDULOS DA FAMÍLIA COLIBRI
FIGURA 4: PLACA DE DESENVOLVIMENTO PARA MÓDULOS DA FAMÍLIA COLIBRI

 

A Toradex disponibiliza as imagens dos sistemas operacionais WinCE, Linux e Android para seus módulos. Desta forma a equipe de desenvolvimento pode preocupar-se com o desenvolvimento da aplicação e economizar o tempo necessário para desenvolvimento de “device drivers”, BSPs e “bootloaders”. Todos os módulos da TORADEX possuem uma licença do WinCE Core. Imagens de Linux também estão disponíveis para download em nosso portal de desenvolvimento com todos os device drivers prontos para uso. Também existe uma imagem Android disponível. Uma área totalmente dedicada a Linux está presente no portal

 

A TORADEX oferece suporte ao Windows CE, com um BSP totalmente configurável. Não há necessidade da construção e configuração de uma nova imagem para seu sistema. Pode-se, por exemplo, alterar a resolução da tela ou ainda desativar o menu iniciar apenas modificando valores nas variáveis de registro do sistema. Além disso, o usuário Windows se beneficia das constantes atualizações disponibilizadas. Um exemplo interessante de customização da imagem é um módulo Colibri T20 realizando o boot do Windows em apenas 500ms.

 

A TORADEX também disponibiliza uma página de suporte ao desenvolvedor (DEVELOPER CENTER) repleta de demos, artigos no estilo “how-to”, “getting started” e demais informações e exemplos que podem ajudar e agilizar o desenvolvimento do produto. Além disso, o suporte por e-mail e telefone é gratuito e realizado pelo mesmo time que desenvolve os produtos. Neste portal estão disponíveis toda a documentação dos produtos, esquemas elétricos, datasheets e bibliotecas com exemplos para cada uma das interfaces de comunicação disponíveis. Na área Linux um grande número de exemplos assim como as receitas e orientações para o usuário desenvolver e própria imagem.

 

A complexidade do desenvolvimento de sistemas embarcados transforma o lançamento ou atualização de um produto em uma tarefa demorada, de alto risco e cara. A utilização de computadores em módulo pode melhorar a velocidade e diminuir o risco desta tarefa sem necessariamente comprometer os requisitos técnicos de interfaces e customização. Além disso a manutenção do ciclo de vida do produto é facilitada. O suporte gratuito e material de apoio disponível, facilita ainda mais o desenvolvimento, minimizando os problemas e diminuindo o tempo necessário para o produto chegar ao mercado.

 

A TORADEX BRASIL

 

Seguindo sua política global de vendas diretas e contato próximo com o cliente, a Toradex está abrindo no início de 2014 um escritório de vendas e assistência no Brasil para atender toda a América Latina. Em breve você poderá comprar os produtos da empresa, em qualquer quantidade, sem a necessidade de importação, além de contar com assistência em português para seu desenvolvimento.

 

 (*) esse post foi patrocinado pela TORADEX

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

Guilherme Fernandes
Mestre em Engenharia Mecatrônica pela Escola de Engenharia de São Carlos (USP) atua como diretor da Toradex Brasil, trabalhando na implantação do escritório de vendas e suporte da empresa para o Brasil. Trabalhou 7 anos como gerente de engenharia de sistemas na área de automação industrial desenvolvendo mais de 300 projetos de máquinas para linhas de montagem e teste de produção para o setor de autopeças.

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[…] computadores em módulo, recomendo a leitura deste artigo que escrevi para o portal embarcados: Fast Time to Market com Computadores em Módulo. O Hardware apresentado na figura 1 é um CoM que tem como coração o System on Chip (SoC) Vybrid […]

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[…] artigo Fast Time to Maket com Computadores em Módulo, Guilherme Fernandes explica as vantagens e as desvantagens do uso de computadores em módulo assim […]

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[...] visto no artigo escrito por Guilherme Fernandes, Fast Time to Market com Computadores em Módulo, os desenvolvedores de produtos e sistemas eletrônicos possuem três opções para desenvolvimento [...]

Rodrigo Aznar Mendes
Visitante
Rodrigo Aznar

Uma pequena correção, no parágrafo
"A utilização de “Single Board Computers” por outro lado, é a opção mais rápida para inserção do produto no mercado."
o correto seria "Computer On Module" no lugar de “Single Board Computers”
No mais, excelente artigo.

Guilherme Fernandes
Visitante
Guilherme Fernandes

Caro Rodrigo, o texto está correto mesmo. Os single board computer, por não precisarem de uma placa de suporte (Carrier Board) é a maneira mais rápida. Isso ocorre pois você não precisa dedicar tempo para desenvolver esta placa uma vez que está tudo junto no mesmo PCB. Para esse caso a Toradex possui as placas de Suporte Iris e Ixora que transformam o módulo em um SBC com capacidade de alteração do processador! Obrigado pelos elogios ao artigo! Abraços