Встраиваемые системы на базе микроконтроллеров с архитектурой ARM и Atom в форм-факторе SO-DIMM

Встраиваемые модули в последнее время приобретают все большую популярность, существенно сокращая время выхода готового продукта на рынок и затраты на разработку. На модуле, как правило, располагаются компоненты с большим количеством выводов или компоненты в корпусе BGA. Вдобавок к этому, шины по которым осуществляется взаимодействие между микросхемами работают на высоких частотах, что в совокупности с очень плотным монтажом требует высокой квалификации инженера-схемотехника. Все вышеперечисленные факторы делают экономически нецелесообразным разработку таких модулей в небольших количествах для собственных нужд. К тому же, преимуществом встраиваемых модулей зарубежного производства является их технологичность. На данный момент технология производства печатных плат в России не позволяет произвести платы аналогичного качества за разумные деньги. Следовательно, для сохранения конкурентоспособности конечного продукта, производителю выгоднее использовать готовые встраиваемые модули в своем производстве. Одним из признанных разработчиками форм-факторов встраиваемых модулей является SO-DIMM. О таких модулях от компаний Ronetix, Voipac, Toradex, Embedded Artists и пойдет речь в статье.
Микроконтроллерный модуль PM9261 (рис. 1) в форм-факторе SODIMM компании Ronetix на базе ARM9-микроконтроллера фирмы ATMEL AT91SAM9261 работает на частоте до 240 МГц с производительностью до 210 MIPS (190 МГц) при скромном энергопотреблении, предоставляя разработчику большинство интерфейсов, которые используются в современных встраиваемых системах. PM9261 имеет два USB 2.0 FS HOST-контроллера, USB 2.0 FS Device-контроллер, контроллер ЖКИ до 16 разрядов (STN Mode) или до 24 разрядов в цвете с разрешением 2048 × 2048 (TFT Mode), MMC/SD контроллер, 10/100M Ethernet-контроллер DM9000A, два SPI, TWI, три SSC, три USART. Помимо внешней флэш-памяти существует возможность использования карт памяти CompactFlash и SDCard. Модулем поддерживаются DSP и ARM Jazelle инструкции. Микроконтроллер AT91SAM9261 содержит 160 Кбайт ОЗУ, 16 Кбайт кэш-инструкций, 16 Кбайт кэш-данных, а на модуле установлено 4 Мбайт 16-разрядной Flash-памяти, 64 Мбайт 32-разрядной SDRAM, 2 Гбайт 16-разрядной NAND Flash-памяти. Стоит отметить наличие необходимого для встраиваемых систем отладочного интерфейса Embedded ICE, усовершенствованного контроллера прерываний, трех 32-разрядных контроллеров ввода-вывода, контроллера управления питанием и часов реального времени 32 кГц.

рис. 1. Модуль PM9261 компании Ronetix

Микроконтроллерный модуль PM9263 в форм-факторе SODIMM на базе ARM9-микроконтроллера фирмы ATMEL AT91SAM9263 (рис. 2) работает на частоте до 240 МГц. Помимо внешней флэш-памяти имеется возможность использования карт памяти CompactFlash и SDCard. Производительность модуля достигает 220 MIPS (200 МГц), а к отличительным особенностям следует отнести аппаратный ускоритель 2D-графики и интерфейс для видеосенсора. Микроконтроллер AT91SAM9263 содержит 96 Кбайт SRAM, 16 Кбайт кэш-инструкций, 16 Кбайт кэш-данных, USB 2.0 FS Host-контроллер, USB 2.0 FS Device-контроллер, конт­роллер ЖКИ с 16 разрядами в режиме STN или 24 разрядами в и разрешением 2048 × 2048 в режиме TFT, MMC/SD-контроллер, CAN, AC97, I2S, два SPI, CF и SDIO-контроллер, четыре ШИМ-контроллера, TWI, два SSC, три USART, усовершенствованный контроллер прерываний, два 32-разрядных контроллера ввода/вывода, контроллер управления питанием, отладочный интерфейс Embedded ICE. На модуле PM9263 установлена память DRAM 64 Мбайт (32 разряда) MT48LC16M16A2, 4 Мбайт NOR Flash (16 разрядов), 2 Гбайт NAND Flash. Размеры модуля составляют 67,6 × 40,0 мм.
Компактные модули PXA270 DIMM (рис. 3) компании Voipac с установленным микропроцессором Intel PXA270 XScale® относится к типу «computer on module» (COM), подключаются через стандартный 200-пиновый DIMM-разъем и оснащены микросхемами SDRAM и FLASH-памяти, звуковым кодеком стандарта AC’97, контроллером сенсорного экрана, USB хост-контроллером и USB 2.0 OTG, а также 100 Мбит/с Ethernet на базе DM9000E. Модуль может поставляться в различных конфигурациях процессора и модулей памяти. Модуль обеспечивает связь с пассивными и активными LCD-экранами и 4-проводными резистивными сенсорными экранами. PXA270 DIMM специально разработан для потребителей, желающих использовать преимущества эффективной высокопроизводительной встраиваемой системы с малой потребляемой мощностью. PXA270 DIMM позволяет произвести быструю разработку устройств на базе установленных на него компонентов. PXA270 DIMM поставляется с загрузчиком (u-boot) и предустановленной операционной системой Linux или Windows CE с драйверами для периферийных устройств модуля. Для модулей PXA270 DIMM компанией Voipac поставляется плата-носитель PXA270 DIMM BASE BOARD и стильный алюминиевый корпус, который разработчики могут использовать в качестве готового встраиваемого решения.

рис. 2. Модуль PM9263 компании Ronetix

рис. 3. Модуль PXA270 DIMM компании Voipac

В таблице 1 представлены доступные варианты модулей PXA270 DIMM.

Встраиваемый микроконтроллерный модуль OEM-301 (рис. 4) компании Embedded Artists на базе LPC3131 с ядром ARM926EJ-S и типоразмером SODIMM (66 × 48 мм). На модуле установлено 64 Мбайт ОЗУ и 256 Мбайт Flash, что позволяет запустить на модуле Linux с ядром 2.6. Все порты микроконтроллера доступны на 200-выводном разъеме модуля. Микроконтроллер LPC3131 установленный на мезонинном модуле работает на частоте 180 МГц, и включает в себя High Speed USB 2.0 OTG with On-Chip PHY, 192 Кбайт SRAM, Dynamic Clock Gating and Scaling, NAND Flash контроллер с 8-Bit ECC, MMC/SD/SDIO/CE-ATA интерфейс, LCD интерфейс, богатый набор последовательных интерфейсов.
Встраиваемый микроконтроллерный модуль OEM-304 (рис. 5) компании Embedded Artists на базе LPC3152 с ядром ARM926EJ-S и типоразмером SODIMM (66 × 48 мм). На модуле установлено 64 Мбайт ОЗУ и 256 Мбайт Flash, что позволяет запустить на модуле Linux с ядром 2.6. Все порты микроконтроллера доступны на 200-выводном разъеме модуля. Микроконтроллер LPC3152, установленный на мезонинном модуле, работает на частоте 180 МГц, и включает в себя High Speed USB 2.0 OTG/Host/Device с On-Chip PHY, 192 Кбайт SRAM, NAND Flash контроллер с 8-Bit ECC, MMC/SD/SDIO/CE-ATA-интерфейс, аудио стерео кодек, контроллер заряда Li-ion батареи питания, богатый набор последовательных интерфейсов.

рис. 4. Модуль OEM-301 компании Embedded Artists

рис. 5. Модуль OEM-304 компании Embedded Artists

Несмотря на форм-фактор отличный от SO-DIMM, модули компании Toradex заслуживают отдельного внимания. Модули реализованы на успевших нашуметь микропроцессорах с архитектурой x86 Atom Z510 и Atom Z530. Встраиваемый модуль WOODPECKER Z510 (рис. 6) компании Toradex на базе Intel Atom Z510 (Micro COM Express) с архитектурой х86 работает на частоте 1,1 ГГц и предназначен для приложений требующих высокой производительности и низкого энергопотребления. На модуле имеются следующие интерфейсы: 2 PCI Express, 6 USB High Speed. В стандартной конфигурации модуль содержит два независимых графических выхода — SDVO и LVDS или VGA и LVDS. Для подключения устройств хранения информации используется такие интерфейсы как PATA, 2 SATA, microSD, а также дополнительные каналы SDIO для подключения карт памяти SD, MMC, WLAN и Bluetooth адаптеры, IrDA, RFID-считыватели, GPS-модули.

рис. 6. Модуль WOODPECKER Z510 компании Toradex

Встраиваемый модуль WOODPECKER Z530 компании Toradex на базе Intel Atom Z530 работает на тактовой частоте 1,6 ГГц и предназначен для приложений требующих высокой производительности и низкого энергопотребления. На модуле имеются следующие интерфейсы: 2 PCI Express, PCI, 6 USB High Speed. В стандартной конфигурации модуль содержит два независимых графических выхода — SDVO и LVDS или VGA и LVDS. Для подключения устройств хранения информации используется такие интерфейсы как PATA, 2 SATA, microSD, а также дополнительные каналы SDIO для подключения карт памяти SD, MMC, WLAN и Bluetooth адаптеры, IrDA, RFID-считыватели, GPS-модули.
Областями применения вышеперечисленных встраиваемых модулей могут быть измерительные приборы, системы управления, диагностическое оборудование, медицинская техника, панели оператора, компоненты АСУТП, портативные носимые системы, оборудование автоматизации торговли. Получить более полную информацию о встраиваемых модулях компаний Ronetix, Voipac, Toradex, Embedded Artists можно в компании «Терраэлектроника» (www.terraelectronica.ru).