Einplatinencomputer (SBCs) sind bekannt für ihre kompakte Größe, hohe Flexibilität, außergewöhnliche Langlebigkeit und hervorragende Leistung und finden wichtige Anwendungen in den Bereichen Embedded Internet of Things (IoT) und Edge Computing. Sie eignen sich besonders gut für anspruchsvolle industrielle Umgebungen, in denen Platzbeschränkungen den Einsatz von normalen Computern und Kühlgeräten verhindern, aber dennoch spezifische Betriebssystemfunktionen erforderlich sind. In solchen Szenarien sind Einplatinencomputer in Industriequalität die beste Wahl.
Was ist ein Einplatinencomputer?
Ein Einplatinencomputer (SBC) ist eine gängige Open-Source-Hardware, die 2018 auf den Markt kam und durch die Integration von Mikroprozessoren, Speicher und Schnittstellenkomponenten auf einer einzigen Leiterplatte entwickelt wurde.
In den letzten Jahren haben Einplatinencomputer (SBCs) aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihres geringen Stromverbrauchs und ihrer beeindruckenden Leistung an Beliebtheit gewonnen. Derzeit werden SBCs in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt, die von Hobbyprojekten über industrielle Automatisierung bis hin zur Entwicklung künstlicher Intelligenz reichen.
Marktgröße von Einplatinencomputern
Laut Daten von Research and Markets belief sich der weltweite Markt für Einplatinencomputer im Jahr 2019 auf 2,86 Milliarden US-Dollar und wird bis 2027 voraussichtlich 3,8 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,6 % zwischen 2020 und 2027. Der Markt für Einplatinencomputer weist im Vergleich zu anderen Segmenten der Halbleiterindustrie einzigartige Merkmale auf.
Anwendungen von Einplatinencomputern
Die Kommerzialisierung von Open-Source-Hardware hat viele erfolgreiche Beispiele hervorgebracht, darunter Einplatinencomputer wie Raspberry Pi, Arduino, Beagleboard und einige Maker-Projekte wie den MakerBot 3D-Drucker.
Open-Source-Hardware findet auch im industriellen Bereich Anwendung, wobei einige Einplatinencomputer über Versionen verfügen, die speziell auf industrielle Anwendungen zugeschnitten sind. Das Wissen, die Prozesse und die Werkzeuge für die Entwicklung von Produkten unter Verwendung von Open-Source-Hardware können zwischen Unternehmen ausgetauscht werden, sodass nicht mehr die Fertigungskapazitäten das wichtigste Unterscheidungsmerkmal sind, sondern vielmehr die Designflexibilität und Innovationskraft innerhalb der Unternehmen im Vordergrund stehen.
Einplatinencomputer bieten in der Regel grundlegende integrierte Entwicklungsumgebungen, Quellcode und Hardware-Schaltpläne als Open-Source-Ressourcen und bieten Entwicklern die Möglichkeit, ihre Anwendungen und Projekte auf der Grundlage von Open-Source-Informationen selbst zu erstellen.
Modulares Hardware-Design ist in eingebetteten Systemen weit verbreitet, und der Aufstieg von Einplatinencomputern hat die Einführung modularer Architekturen vorangetrieben. Entwickler eingebetteter Systeme können sowohl modulare Open-Source-Hardware als auch -Software gleichzeitig nutzen, unterstützt durch geeignete Design-Tools für die Produktentwicklung.
Modulare Designmuster zerlegen ein allgemeines System in unabhängige Teile, von denen jeder zur Erweiterung der Funktionalität neuer Systeme verwendet werden kann. Computer-on-Module (COM) ist ein Produkt dieses Designansatzes, bei dem die Kernverarbeitungsfunktionen in einem Modul konzentriert sind, sodass Benutzer zusätzliche Funktionen in kundenspezifische Trägerplatinen integrieren und so umfangreichere Funktionserweiterungen erzielen können.
RISC-V-Einplatinencomputer
RISC-V-Einplatinencomputer gehören heute zu den hoch angesehenen SBCs, was in erster Linie auf die RISC-V-Architektur selbst zurückzuführen ist.
RISC-V ist eine Open-Source-Befehlssatzarchitektur (ISA), ein Modell, das definiert, wie Software mit Hardwarekomponenten wie CPUs interagiert. Nach den Prinzipien des Reduced Instruction Set Computing (RISC) zeichnet sich RISC-V durch seine Offenheit aus, die es jedem ermöglicht, CPUs/SoCs auf Basis der ISA zu entwickeln. RISC-V-Einplatinencomputer unterstützen verschiedene Betriebssysteme, wobei Distributionen wie Ubuntu seit Jahren RISC-V-Unterstützung bieten. Im Gegensatz dazu fallen für die Nutzung von Prozessoren, die auf der Arm-Architektur basieren, Lizenzgebühren an Arm an. Arm-Prozessoren sind derzeit weit verbreitet und profitieren von mehr Forschung, Finanzierung und Entwicklung.
Die RISC-V-ISA ist offen, und insbesondere China ist führend bei der Weiterentwicklung ihrer Anwendungen. Einige RISC-V-Chips, wie beispielsweise die von Alibabas Pingtouge und SaSi, sind bereits auf den Markt gekommen. Chips mit RISC-V-Architektur haben bei zahlreichen Forschungseinrichtungen, Betriebssystemanbietern, Open-Source-Communities und Entwicklern Anklang gefunden. Laut Shen Yipeng eignet sich RISC-V aufgrund seiner Vorteile, darunter geringer Stromverbrauch, niedrige Kosten und Open-Source-IP, für verschiedene Anwendungen, die von Service-Computing bis hin zu IoT-Steuerung und -Sensorik reichen.
Trends bei Einplatinencomputern
Als Open-Source-Hardware liegt die Zukunft von SBCs in der Entwicklung neuer Branchen, die sich um modulare Open-Source-Hardware drehen, wie beispielsweise Drohnen. Diese neuen Branchen stehen für neue Anforderungen, die sich durch Agilität, benutzerorientierte Anpassung und gemeinschaftsorientierte Entwicklung auszeichnen. Die traditionellen Fertigungs- und Beschaffungsmethoden in der Fertigungsindustrie werden von diesem Trend beeinflusst werden. Um der wachsenden Nachfrage nach Anpassungen gerecht zu werden, bauen Hersteller weltweit dezentrale Fertigungsinfrastrukturen auf. In diesem Trend wird Open-Source-Hardware eine bedeutendere Rolle bei der Einbettung in die Endproduktfertigung spielen und die Fertigungsindustrie zu mehr Effizienz und Nachhaltigkeit führen.
Einplatinencomputergehäuse – Edge2
Edge2 ist ein leistungsstarker, funktionsreicher und vielseitiger Einplatinencomputer, der fortschrittliche Leistung und Funktionalität für verschiedene Anwendungen bietet.
Das Edge2-Entwicklungsboard misst etwa 82 x 57 mm und ist damit sogar kleiner als die Handfläche eines Erwachsenen. Dennoch überzeugt es durch robuste Leistung und eine Fülle von Funktionen. Schauen wir uns das Gesamterscheinungsbild und die spezifischen Spezifikationen von Edge2 einmal genauer an.
In Bezug auf die Funktionalität verfügt Edge2 über einen USB 3.0 Typ-A-Anschluss mit einer maximalen Stromversorgung von 1,5 A, einen USB 3.1 Typ-C-Anschluss mit DP-Ausgangsunterstützung, eine HDMI-Schnittstelle, einen USB-C-Anschluss für die Stromversorgung und einen USB 2.0 Typ-A-Anschluss mit einer maximalen Stromversorgung von 1,3 A.
Darüber hinaus verfügt Edge2 über herkömmliche Funktionstasten wie Power-, Function- und Reset-Tasten. Mit der Function-Taste kann das Entwicklungsboard in den MaskROM-Modus versetzt werden, was das Brennen des Systems erleichtert.
Darüber hinaus bietet Edge2 eine Vielzahl von Ein- und Ausgabeschnittstellen, darunter zwei digitale Mikrofone auf der Unterseite und drei MIPI-CSI-Schnittstellen für Kameras.
Auf der anderen Seite des Edge2-Entwicklungsboards befinden sich zwei IO-Schnittstellen, darunter I2C, UART, SPI, ADC, PWM, I2S, USB und zwei MIPI-DSI-Display-Ausgangsschnittstellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Edge2 zwar relativ kompakt ist, aber über eine Vielzahl von Schnittstellen verfügt, darunter häufig verwendete Hochleistungsschnittstellen und speziellere IO-Ports für Entwicklung und Debugging. Natürlich wären diese funktionalen Schnittstellen ohne eine robuste Hardwareunterstützung nicht möglich. Schauen wir uns nun die einzelnen Chips auf der Platine genauer an.
