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Maßgeschneiderte HMI-Systemkomponenten in 90 Tagen

| Autor / Redakteur: Markus Mahl * / Margit Kuther

Hohe Flexibilität, lange Komponentenverfügbarkeit und geringes Design-Risiko sind entscheidend für die Entwicklung anwendungsspezifischer HMI-Systeme. Standardisierte Module können helfen.

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SimpleFlex-Board: MSC SM2S-MB-EP5 mit SMARC 2.0-Modul huckepack
SimpleFlex-Board: MSC SM2S-MB-EP5 mit SMARC 2.0-Modul huckepack
(Bild: Avnet Integrated )

Hohe Flexibilität bietet die kompakte Embedded-Plattform SimpleFlex von Avnet Integrated, die mit einem SMARC-2.0- oder Qseven-Prozessormodul bestückt und ohne Entwicklungsaufwand konfiguriert werden kann. In Kombination mit den ebenfalls konfigurierbaren SimplePlus-Displays von Avnet Integrated lassen sich so innerhalb kurzer Zeit komplette HMI-Systeme nach Kundenwunsch entwickeln und fertigen.

Eine Basis dafür sind die standardisierten Computer-On-Modules (COMs), die auf einfache Weise eine gewünschte Prozessortechnologie zur Verfügung stellen. Das sofort einsatzbereite Modul wird auf ein passendes Baseboard gesteckt, auf dem alle anwendungsspezifischen Funktionen realisiert sind. Bei einem gewünschten Update beziehungsweise Upgrade des Systems, etwa bei einer neuen Prozessorgeneration, lässt sich das Modul leicht austauschen. Abhängig von den Anforderungen der Anwendung kommen standardisierte COMs in den gängigen Formfaktoren COM Express, SMARC 2.0 und Qseven zum Einsatz.

SimpleFlex: Standard-COM und standardisiertes Carrier Board

Avnet Integrated geht mit der neuen Embedded-Strategie SimpleFlex noch einen Schritt weiter und kombiniert jetzt erstmals ein Standard-COM mit einem standardisierten Carrier Board. Die flexible SimpleFlex-Plattform wird entsprechend der kundenspezifischen Anforderungen mit dem ausgewählten Prozessormodul bestückt und ohne Entwicklungsaufwand einfach konfiguriert. Nach der Auswahl des geeigneten Moduls und des passenden Baseboards kann bereits nach 48 Stunden mit der Evaluierung des Zielsystems begonnen werden. Anschließend werden die Interfaces konfiguriert. Dazu stehen über dreißig, vorab validierte Schnittstellenkombinationen zur Verfügung. Standardisierte Kühllösungen wie Heatspreader und passive Kühlkörper erleichtern die Systemintegration.

Das SimpleFlex-Konzept ist bestens für den Serieneinsatz mit großen Stückzahlen ausgelegt. Avnet Integrated assembliert die anwendungsspezifische SimpleFlex-Plattform auf vollautomatisierten Produktionslinien im eigenen Hause. In der Regel kann bereits innerhalb von 90 Tagen nach Projektstart die Serienproduktion anlaufen. Damit sichert Avnet Integrated als einer der führenden Hersteller von Embedded-Modulen und Plattformen seinen Kunden einen Vorsprung im Markt durch diverse langzeitverfügbare Lösungen.

Die SimpleFlex-Plattform MSC SM2S-MB-EP5 ist für das im Markt sicherlich umfangreichste SMARC-2.0-Produktportfolio von Avnet Integrated ausgelegt, das den kompletten Performance-Bereich von Low Power bis zu High Performance umfasst. Die skalierbare Plattform lässt sich mit Modulen aus den Familien MSC SM2S-AL (E39xx), MSC SM2S-IMX8MINI (Cortex-A53), MSC SM2S-IMX8M (Cortex-A53), MSC SM2S-IMX8 (Cortex-A72/A53), MSC SM2S-IMX6 (Cortex-A9), MSC SM2S-IMX6ULL (Cortex-A7), MSC SM2S-ZUSP (Xilinx Zync) und MSC SM2S-RYZ (AMD Ryzen) bestücken.

Vielfalt an Schnittstellen für die Industrie

Die Embedded-Plattform bietet zahlreiche Industrieschnittstellen, etwa bis zu 2 x Gigabit Ethernet, USB 3.0, USB 2.0, 4 x UART (als TTL, RS-232 oder RS-485), Audio mit 2,5-W-Stereoverstärker, MIPI-CSI, GPIO, SPI, I²C und zwei CAN Ports. USB Type-C ist nicht nur als USB 3.1 mit bis zu 10 GBit/s, sondern im Alternate-Mode auch für den Anschluss externer Monitore mit DisplayPort geeignet.

Zusätzlich ist über Power Delivery (USB PD) auch die Versorgung beziehungsweise Aufladung von angeschlossenen USB Devices möglich (maximal bis 15 Watt). Daneben sind auf der Plattform die Grafik-Interfaces DisplayPort oder HDMI vorhanden. Displays können wahlweise über LVDS, MIPI-DSI oder eDP angesteuert werden. Über Mini PCI Express, M.2 Key M und Micro-SD-Stecker lassen sich die Schnittstellenvielfalt und die Bestückung mit schnellen Speichermedien erweitern. Ein WLAN/Bluetooth/NFC-Modul mit optionaler Antenne stellt die Konnektivität der Embedded-Plattform sicher.

Die Plattform MSC-SM2S-MB-EP5 ist für den Einsatz in Industrieumgebungen und für den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis 85 °C spezifiziert. Mit seinem optimierten Slim-Format mit Abmessungen von 146 mm x 80 mm (schmales 3,5-Zoll-Format) passt das Board für moderne HMI-Anwendungen mit Displays bereits ab 7 Zoll. Insgesamt sind vier Varianten, zwei vollausgerüstete Plattformen und zwei noch weiter optimierte Plattformen mit Minimalkonfigurationen, – jeweils für x86- beziehungsweise ARM-basierende Module, erhältlich.

Für Anwendungen mit hohen Grafikanforderungen

Peu à peu: Ablauf einer Systementwicklung mit SimpleFlex
Peu à peu: Ablauf einer Systementwicklung mit SimpleFlex
(Bild: Avnet Integrated )

Für den Erfolg der konfigurierbaren SimpleFlex-Plattform spielt das extrem große Portfolio an SMARC-2.0-Modulen eine entscheidende Rolle, die von Avnet Integrated selbst entwickelt und gefertigt werden. Neben einem breiten Hardware-Angebot sind die dazu passenden Designtools wie Board Support Packages verfügbar.

Mit der leistungsstarken Modulfamilie MSC SM2S-RYZ hat Avnet Integrated ihr SMARC-2.0-Portfolio am oberen Leistungsbereich erweitert und erstmals AMDs Mikroprozessortechnologie Ryzen in den kleinstmöglichen Computer-On-Module-Formfaktor integriert. Die MSC-SM2S-RYZ-Module erreichen eine neue Dimension in puncto Rechen- und Grafik-Performance bei sehr guten Low Power Features. Typische Einsatzgebiete sind Anwendungen mit hohen Grafikanforderungen bei niedriger Verlustleistung, etwa in der Medizin, Visulisierung, Messtechnik, Entertainment und Gaming.

Details zur Modulfamilie MSC SM2S-RYZ

Die Modulfamilie MSC SM2S-RYZ basiert auf AMDs Ryzen Embedded APU in Zen-Core-Architektur mit bis zu vier CPU-Kernen. Die Thermal Design Power (TDP) ist mit 25 W bis hinunter zu 6 W extrem niedrig – trotz hoher Performance. Es sind Modulvarianten mit AMDs Ryzen-Prozessoren der Serie R1000 in den Varianten R1606G Dual Core (vier Threads), 2,5 GHz (beziehungsweise 3,5 GHz Boost) mit einer TDP von 15 W (12 – 25 W) beziehungsweise R1505G Dual Core (vier Threads), 2,4 GHz (beziehungsweise 3,3 GHz Boost) mit einer TDP von 15 W (12 bis 25 W) lieferbar. Alternativ können auch Prozessoren der Serie R1000 Low-Power mit den Varianten R1305G Dual Core (vier Threads), 1,5 GHz (beziehunsweise 2,8 GHz Boost) mit einer TDP von 8 W (6 bis 8 W) beziehungsweise R1102G Dual Core (zwei Threads), 1,2 GHz (beziehungsweise 2,6 GHz Boost) mit einer TDP von 6 W bestückt werden. Die integrierte Vega-Grafikprozessoreinheit mit drei bis zu 1200 MHz schnellen Compute Units steht für hohe Grafikleistung.

An Grafikschnittstellen bietet die Modulfamilie MSC SM2S-RYZ 2 x DisplayPort 1.4 / HDMI 2.0b und eDP 1.4 / Dual-channel LVDS zum Anschluss von drei unabhängigen Displays mit einer Auflösung von bis zu 4K. Zusätzlich sind in der Industrie gängige Interfaces wie SATA-III (6 Gbps), PCI Express Gen.3, 4x1 Lanes, Dual Gigabit Ethernet, 4 x USB 2.0 und 2 x USB 3.1 Gen2 vorhanden. Trotz des sehr kleinen Formfaktors können bis zu 16 GByte DDR4 2400MT/s SDRAM auf dem Board bestückt werden. Die kompakten Prozessormodule sind mit einem Trusted Platform Module (TPM 2.0) ausgestattet.

SimpleFlex-Plattform und Module für Qseven

SimplePlus: Das Konzept erlaubt die schnelle Entwicklung kundenspezifischer Displays mit und ohne Touch.
SimplePlus: Das Konzept erlaubt die schnelle Entwicklung kundenspezifischer Displays mit und ohne Touch.
(Bild: Avnet Integrated )

Für ihr umfangreiches Qseven-Produktportfolio bietet Avnet Integrated die SimpleFlex-Plattform MSC Q7-MB-EP5 an. Das Board lässt sich mit Modulen aus den Familien MSC Q7-AL (E39xx), MSC Q7-BW (E8000/N3xxx), MSC Q7-BT (E38xx), MSC Q7-IMX6PLUS (Cortex A9) und MSC Q7-IMX8MINI (Cortex-A53) ausstatten. Zur schnellen Entwicklung und Fertigung von HMI-Systemen kann die kompakte SimpleFlex-Plattform mit allen Displays und Touchscreens von Avnet Integrated kombiniert werden.

Das Konzept SimplePlus erlaubt die schnelle, kostenoptimierte Entwicklung und Fertigung kundenspezifischer Displays mit und ohne Touch. Das vom Hersteller über lange Jahre hinweg aufgebaute Know-how umfasst das mechanische Design, die Cover-Lens-Entwicklung, Optical-Bonding-Technologien sowie verschiedene Oberflächenbehandlungen.

SimpleFlex und SimplePlus erleichtern die Entwicklung von intelligenten Embedded-Systemen. Neben vielfältigen Visualisierungssystemen und komplexen Display-Lösungen sind die Einsatzgebiete vor allem IoT Gateways, Medizingeräte, Objekterkennungssysteme, hochwertige Infotainment Systeme, Gebäudeautomatisierungsanlagen, Transportation-Anwendungen und Gaming-Systeme.

Dieser Beitrag ist erschienen im Sonderheft Embedded Systems Development und Internet of Things I der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF)

* Markus Mahl ist Product Marketing Manager Boards bei Avnet Integrated

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