Одноплатные компьютеры (SBC), известные своим компактным размером, высокой гибкостью, исключительной надежностью и выдающейся производительностью, нашли широкое применение в области встроенных систем Интернета вещей (IoT) и пограничных вычислений. Они особенно хорошо подходят для сложных промышленных условий, где ограниченное пространство не позволяет использовать обычные компьютеры и охлаждающее оборудование, но при этом требуются определенные возможности операционной системы. В таких случаях наиболее подходящим выбором являются одноплатные компьютеры промышленного класса.
Что такое одноплатный компьютер?
Одноплатный компьютер (SBC) — это распространенное оборудование с открытым исходным кодом, появившееся в 2018 году, разработанное путем интеграции микропроцессоров, памяти и интерфейсных компонентов на одной печатной плате.
В последние годы одноплатные компьютеры (SBC) приобрели популярность благодаря компактному форм-фактору, низкому энергопотреблению и впечатляющей производительности. В настоящее время SBC широко используются в различных приложениях, от хобби-проектов до промышленной автоматизации и даже разработки искусственного интеллекта.
Объем рынка одноплатных компьютеров
Согласно данным Research and Markets, в 2019 году мировой рынок одноплатных компьютеров был оценен в 2,86 млрд долларов, а к 2027 году он должен достичь 3,8 млрд долларов, при этом среднегодовой темп роста (CAGR) с 2020 по 2027 год составит 4,6%. Рынок одноплатных компьютеров обладает уникальными характеристиками по сравнению с другими сегментами полупроводниковой промышленности.
Применение одноплатных компьютеров
Коммерциализация аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом имеет множество успешных примеров, включая одноплатные компьютеры, такие как Raspberry Pi, Arduino, Beagleboard, а также некоторые проекты производителей, такие как 3D-принтер MakerBot.
Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом также находит применение в промышленном секторе, где некоторые одноплатные компьютеры имеют версии, адаптированные для промышленных применений. Знания, процессы и инструменты для создания продуктов с использованием аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом могут быть совместно использованы предприятиями, благодаря чему производственные возможности больше не являются основным фактором дифференциации, а на первый план выходят гибкость дизайна и инновации в рамках предприятий.
Одноплатные компьютеры обычно предоставляют базовые интегрированные среды разработки, исходный код и схемы аппаратного обеспечения в качестве ресурсов с открытым исходным кодом, предлагая разработчикам возможности для самостоятельной разработки и создания своих приложений и проектов на основе информации с открытым исходным кодом.
Модульная конструкция аппаратного обеспечения широко используется в встраиваемых системах, а рост популярности одноплатных компьютеров способствовал внедрению модульных архитектур. Разработчики встраиваемых систем могут одновременно использовать как модульное аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом, так и программное обеспечение, при этом им помогают соответствующие инструменты проектирования для разработки продуктов.
Модульные шаблоны проектирования разбивают общую систему на независимые части, каждая из которых может быть использована для расширения функциональности новых систем. Компьютер-на-модуле (COM) является продуктом такого подхода к проектированию, в котором основные функции обработки сосредоточены в одном модуле, что позволяет пользователям включать дополнительные функции в настраиваемые несущие платы, достигая таким образом более богатых расширений функциональности.
Одноплатные компьютеры RISC-V
Одноплатные компьютеры RISC-V в настоящее время являются одними из самых популярных SBC, в первую очередь благодаря самой архитектуре RISC-V.
RISC-V — это архитектура набора инструкций (ISA) с открытым исходным кодом, которая определяет, как программное обеспечение взаимодействует с аппаратными компонентами, такими как процессоры. Следуя принципам вычислений с сокращенным набором инструкций (RISC), RISC-V отличается своей открытостью, позволяющей любому разработчику создавать процессоры/SoC на основе ISA. Одноплатные компьютеры RISC-V поддерживают различные операционные системы, а дистрибутивы, такие как Ubuntu, уже много лет предоставляют поддержку RISC-V. В отличие от них, процессоры на основе архитектуры Arm требуют уплаты лицензионных сборов Arm за использование. Процессоры Arm в настоящее время широко распространены, благодаря большему объему исследований, финансирования и разработок.
ISA RISC-V является открытой, и Китай, в частности, находится на переднем крае продвижения ее применения. Появились некоторые чипы RISC-V, такие как чипы Pingtouge от Alibaba и SaSi. Чипы архитектуры RISC-V завоевали популярность у многих исследовательских институтов, поставщиков ОС, сообществ открытого исходного кода и разработчиков. Преимущества RISC-V, включая низкое энергопотребление, низкую стоимость и открытый исходный код IP, делают его подходящим для различных приложений, от сервисных вычислений до управления и сенсорного контроля IoT, по словам Шэнь Ипэна.
Тенденции развития одноплатных компьютеров
Как открытое аппаратное обеспечение, будущее SBC зависит от развития новых отраслей, основанных на модульном открытом аппаратном обеспечении, таких как дроны. Эти новые отрасли представляют собой новые потребности, характеризующиеся гибкостью, ориентированностью на пользователя и развитием, основанным на сообществе. Эта тенденция повлияет на традиционные методы производства и закупок в обрабатывающей промышленности. Чтобы удовлетворить растущий спрос на индивидуализацию, производители создают децентрализованную производственную инфраструктуру по всему миру. В рамках этой тенденции аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом будет играть более значительную роль в производстве конечной продукции, способствуя повышению эффективности и устойчивости обрабатывающей промышленности.
Корпус для одноплатного компьютера — Edge2
Edge2 — это мощный, многофункциональный и универсальный одноплатный компьютер, который обеспечивает высокую производительность и функциональность для различных приложений.
Размеры платы разработчика Edge2 составляют примерно 82 x 57 мм, что делает ее даже меньше ладони взрослого человека. Однако она может похвастаться высокой производительностью и богатым набором функций. Давайте более подробно рассмотрим общий вид и конкретные технические характеристики Edge2.
С точки зрения функциональности, Edge2 оснащен портом USB 3.0 Type-A с максимальной мощностью питания 1,5 А, портом USB 3.1 Type-C с поддержкой выхода DP, интерфейсом HDMI, портом USB-C для подачи питания и портом USB 2.0 Type-A с максимальной мощностью питания 1,3 А.
Кроме того, Edge2 оснащен традиционными функциональными кнопками, такими как кнопки питания, функции и сброса. Функциональная кнопка позволяет плате разработчика перейти в режим MaskROM, что облегчает запись системы.
Кроме того, Edge2 предлагает различные интерфейсы ввода и вывода, включая два цифровых микрофона на нижней стороне и три интерфейса MIPI-CSI для камер.
На другой стороне платы разработчика Edge2 расположены два интерфейса ввода-вывода, включая I2C, UART, SPI, ADC, PWM, I2S, USB, а также два интерфейса вывода на дисплей MIPI-DSI.
Таким образом, несмотря на относительно компактный размер, Edge2 может похвастаться богатым набором интерфейсов, включая широко используемые высокопроизводительные интерфейсы и более специализированные порты ввода-вывода для разработки и отладки. Конечно, эти функциональные интерфейсы были бы невозможны без надежной аппаратной поддержки. Давайте теперь более подробно рассмотрим конкретные микросхемы на плате.
