Embedded-Standard Qseven Skalierbares Modul von Single-Core bis Quad-Core

Autor / Redakteur: Peter Eckelmann * / Holger Heller

Mit dem Qseven-Modul Q7-IMX6 von MSC steht ein stromsparendes Embedded-Modul mit hohen Grafik-Fähigkeiten zur Verfügung, das eine große Spannweite an Rechenleistung aufweist.

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Q7-IMX6 von MSC: Das neue Qseven-Modul mit Freescale i.MX6 ARM-CPU ist in Versionen mit Single-, Dual- und Quad-Core-Prozessor verfügbar
Q7-IMX6 von MSC: Das neue Qseven-Modul mit Freescale i.MX6 ARM-CPU ist in Versionen mit Single-, Dual- und Quad-Core-Prozessor verfügbar
(MSC)

Das Embedded-Modul MSC Q7-IMX6 ist kompatibel zum Qseven-Modulstandard und bietet damit zahlreiche Schnittstellen, die für Embedded-Anwendungen nützlich und sinnvoll sind. Zwei Bänke DDR3 DRAM mit zwischen 512 MByte und 4 GByte sind auf dem Modul verlötet, ebenso wie zwei Typen von Flash-Speicher, die abhängig von der Produktvariante optional vorhanden sind: Ein NOR-Flash bis zu 128 MByte Größe enthält den Bootloader und ist mit einer parallelen Schnittstelle angebunden, und ein bis zu 32 GByte großer NAND-Flash kann wie eine externe Festplatte verwendet werden und Betriebssystem und Anwendungsprogramme aufnehmen. Mittels einer schnellen SATA-II-Schnittstelle können dann noch externe Programm- und Datenspeicher angesprochen werden.

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Weiterhin bietet das Modul zwei USB-2.0-Schnittstellen, von denen eine als Host oder Client konfiguriert werden kann. Abhängig von der Modulvariante stehen weitere sechs USB-Host-Schnittstellen zur Verfügung, die auf dem Modul durch einen Hub realisiert werden. Eine leistungsfähige PCI-Express x1 Lane eignet sich für hohe Datenraten und steht ebenso wie Gigabit-Ethernet am Qseven-Konnektor zur Verfügung. Audio wird als AC’97 übertragen und erwartet einen entsprechenden Codec auf dem Basisboard. SMBus, I2C und SPI können in der Applikation verwendet werden, und mit dem CAN-Bus steht eine weitere „echte“ Embedded-Schnittstelle zur Verfügung.

Anwendungen mit zwei oder mehr Anzeigen realisieren

Die Grafik hat für industrielle Anwendungen eine immer stärkere Bedeutung. Daher sollen die Grafikeigenschaften des Moduls – und damit auch des i.MX6-Prozessors – an prominenter Stelle vorangestellt werden. Zwei Schnittstellen stehen zur Verfügung, an denen externe Anzeigen direkt angeschlossen werden können: ein HDMI V1.4 Interface kann mit WUXGA bis 1920 x 1200 betrieben werden, und eine Zweikanal-LVDS-Schnittstelle mit 18 oder 24 Bit erreicht dieselbe Auflösung.

Hier gibt es jedoch noch eine Besonderheit, da die LVDS-Kanäle auch als zwei verschiedene, einkanalige LVDS-Ausgänge verwendet werden können, von denen jeder eine Auflösung bis 1280 x 720 erreichen kann: Damit können Anwendungen mit zwei oder mehr Anzeigen direkt realisiert werden, wenn diese nicht mehr als die genannte Auflösung darstellen. Der Grafikcontroller des i.MX6 unterstützt maximal vier unabhängige Anzeigen, so dass der gleichzeitige Betrieb von zwei LCD-Panels und einer HDMI-Anzeige mit drei unterschiedlichen Inhalten unmittelbar realisierbar ist.

Der i.MX6 verfügt über die Triple-Play-Grafikarchitektur von Freescale, die 3D-Videos (Dual-Stream) bis Full-HD-Auflösung (1080p) in Hardware dekodieren kann. Sie erlaubt auch die 3D-Grafikdarstellung mit bis zu vier Shaders und bis zu 200 MT/s und enthält eine separate 2D-BLT-Engine sowie eine 2D-OpenVG-Engine für vektorbasierte Grafik. Alles in allem sind damit alle notwendigen Voraussetzungen gegeben, um anspruchsvolle Grafik, ruckelfreie Videos und aufwändige Benutzerschnittstellen mit den an Bo(a)rd vorhandenen Mitteln zu realisieren.

Grafikcontroller mit hoher Encoder-Leistung

Das Qseven-Modul MSC Q7-IMX6 weist über die genannten Schnittstellen auf dem Standard-Konnektor hinaus noch weitere Interfaces auf, die auf dem Feature-Konnektor zur Verfügung stehen, der seitlich am Modul angebracht und auch bei aufgesetztem Heatspreader erreichbar ist. Daran stehen ein UART, der SPI-Bus und die Kamera-Schnittstellen MIPI-CSI und BT.656 zur Verfügung.

Der Grafikcontroller des Prozessors verfügt über eine hohe Encoder-Leistung, was in Verbindung mit der Performance der CPU(s) des i.MX6 Anwendungen im Bereich der Bild- und Mustererkennung nahelegt. Der serielle UART erspart einen externen Controller, der für Anwendungen z.B. in der industriellen Steuerungstechnik ansonsten zwingend notwendig wäre.

Für das Qseven-Modul wird der Freescale-Prozessor i.MX6 verwendet, der eine RISC-CPU ARM Cortex-A9 mit einem Core, zwei oder sogar vier Kernen enthält. Die Prozessoren sind untereinander kompatibel, so dass sie wahlweise auf derselben Platine bestückt werden können. Je nach gewählter CPU-Variante liegt der Takt bei 800 MHz bis 1,2 GHz, und alle Versionen stehen auch im erweiterten Temperaturbereich zur Verfügung. Die Leistungsaufnahme liegt selbst beim Modul mit Quad-Core-Prozessor noch mit ca. 5 W in einem Bereich, der problemlos passiv gekühlt werden kann.

Als Modul für Embedded-Anwendungen liegt die in Aussicht gestellte Verfügbarkeit bei mindestens 7 Jahren. Für das Modul stehen Treiber und Betriebssystem-Unterstützung für alle wesentlichen populären Embedded-Betriebssysteme zur Verfügung, unter anderem der Support für Linux und Windows Embedded Compact 7. Da der Prozessor auf ARM Cortex-A9 beruht, steht seiner Unterstützung durch das nahende Windows 8 RT nichts im Wege.

Benutzerschnittstellen mit hohen Grafikanforderungen

Kein anderes Qseven-Modul bietet einen derart breiten Bereich an Rechenleistung wie das Q7-IMX6, das als kompatibles Modul mit Single-Core-Prozessor, Dual-Core- und mit Quad-Core-CPU verfügbar ist. Bei nur moderaten Unterschieden in der Stromaufnahme kann der Anwender zwischen einem günstigen Modul mit Einkern-Rechner, mehreren Zwischenstufen und dem Spitzenmodell mit Quad-Core-Prozessor wählen, die alle auf dasselbe Basisboard passen und darüber hinaus auch mit derselben Software und Firmware laufen. Echte Kompatibilität und auch nachträgliche Austauschbarkeit machen das Modul zu einem Alleskönner für einen sehr weiten Anwendungsbereich.

Als Beispiel dient eine Applikation, die als Einstiegsmodell mit einer Single-Core-CPU ausgestattet ist und per Software über einen begrenzten Feature-Vorrat verfügt. Mit einem Dual-Core-Modul könnten weitere Features freigeschaltet werden, um ein höherwertiges Gerät zu realisieren, das dennoch auf derselben Basishardware beruht. Selbst für ein Spitzenmodell mit Quad-Core-Prozessor könnte die Hardware gleich bleiben, während die hohe zur Verfügung stehende Rechenleistung und das Freischalten des kompletten Feature-Sets der Software für eine nochmals deutliche Anhebung des „Nutzererlebnisses“ sorgen würden.

Für das Qseven-Modul mit den i.MX6-Prozessoren lassen sich viele Anwendungen anführen, die durch die hohe Rechen- und Grafikleistung sowie verfügbaren Schnittstellen unmittelbar realisierbar wären. Dazu gehören alle Formen von Human-Machine-Interfaces (HMI), die hohe Anforderungen an die grafische Darstellung stellen und auch noch numerisch intensive Rechenaufgaben lösen müssen, was durch Wahl der geeigneten Kernzahl des Prozessors anpassbar ist.

POS- und POI-Anwendungen aufwerten

In der Medizintechnik kann man sich Bediengeräte vorstellen, die ähnlich hohe Anforderungen stellen und die Skalierbarkeit der Performance mittels Modulwechsel nutzen könnten. Im Bereich der Kassensysteme (POS = Point of Sales) und der Anzeigesysteme (POI = Point of Information) sind bereits heute viele Anwendungen für Qseven-Module zu finden. Durch die Leistungspalette stellt das Q7-IMX6 ein Allzweckmittel zur Lösung fast aller denkbaren Anforderungen dar.

Sogar für die großen Display-Systeme von „Digital Signage“ kann man sich bis zu einer gewissen Grenze kompakte und stromsparende Controllersysteme auf Basis des Moduls vorstellen. Und wegen der erweiterten Temperaturgrenzen sowie der niedrigen Leistungsaufnahme kommt es auch für tragbare, batteriegespeiste Anwendungen in Frage. Hier wäre auch der große Vorteil anzuführen, dass Qseven-Module mit 7 cm x 7 cm Abmessung sehr kompakte Systeme ermöglichen, die im Regelfall mit passiver Kühlung auskommen.

* * Peter Eckelmann ist Product Marketing Manager für Embedded Computer Technology bei MSC in Stutensee.

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