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SMARC 2.1: mehr Kamera- und Ethernet-Schnittstellen

Autor / Redakteur: Markus Mahl * / Margit Kuther

Die Revision 2.1 der SMARC-Spezifikation für Computer-On-Modules bietet eine Reihe nützlicher Neuerungen. Auch die ersten SMARC-2.1-kompatiblen Embedded-Modulfamilien sind bereits verfügbar.

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MSC SM2S-RYZ: Avnet Integrated setzt erstmals AMDs Ryzentechnologie im kleinstmöglichen COM-Faktor ein.
MSC SM2S-RYZ: Avnet Integrated setzt erstmals AMDs Ryzentechnologie im kleinstmöglichen COM-Faktor ein.
(Bild: Avnet Integrated)

Ende März wurde die Revision 2.1 der SMARC-Spezifikation für kompakte Computer-On-Modules von der SGeT (Standardization Group for embedded Technologies) verabschiedet. Die neue Revision des Standards ist komplett rückwärtskompatibel und bietet eine Fülle zusätzlicher, moderner Schnittstellen für Visualisierungsaufgaben und die Einbindung in das Edge-Umfeld. Als Hersteller von kompakten SMARC-Modulen hat Avnet Integrated zur Festlegung von SMARC 2.1 beigetragen und etwa die erweiterte Definition der Power Domains vorangetrieben. Derzeit bietet Avnet Integrated neun Embedded-Modulfamilien unterschiedlicher Leistungsklassen an, die zu SMARC 2.1 kompatibel sind.

SMARC 2.0 – wenn es kompakt und energieeffizient sein soll

Seit seiner Einführung auf der embedded world 2016 hat der SMARC (Smart Mobility ARChitecture)-Standard Rev. 2.0 einen wahren Siegeszug erfahren. SMARC 2.0 ist besonders für Anwendungen optimiert, bei denen es auf Kompaktheit und Energieeffizienz ankommt. Der SMARC-Stecker mit 314 Pins bietet zwei Ethernet Ports, vier PCI Express Lanes und zahlreiche USB 2.0 beziehungsweise 3.0 Ports. Über die Schnittstellen 2 x 24 Bit LVDS, embedded DisplayPort (eDP), MIPI DSI, HDMI und DP++ werden bis zu drei unabhängige Displays unterstützt.

Der MXM-3-Konnektor bietet darüber hinaus reservierte Pins, die für zukünftige Ergänzungen durch weitere Schnittstellen vorgesehen sind. Kompakte SMARC-Module sind gleichermaßen für ARM/RISC- und x86-Prozessoren geeignet. Kompakte ARM-basierende Embedded-Module können vor allem mit ihrer hohen Energieeffizienz punkten. Dank des stetig wachsenden Produktangebots, das die komplette Bandbreite von extrem effizienten bis hin zu höheren Leistungsklassen abdeckt, werden ständig neue interessante Einsatzgebiete erschlossen.

SMARC 2.1 mit mehr Interface-Möglichkeiten

Mit SMARC 2.1 wurde der Standard den sich stetig ändernden Anforderungen der Anwendungen in den unterschiedlichen Märkten angepasst. Da die Revision 2.1 rückwärtskompatibel zur Rev. 2.0 ist, sind die bereits in eine Embedded-Entwicklung gesteckten Investitionen gesichert. SMARC-2.1-Module sind auch auf 2.0 Carrier Boards lauffähig.

Die Revision 2.1 bietet eine Reihe zusätzlicher Interface-Möglichkeiten für das Edge-Umfeld und für Visualisierungsaufgaben wie die Definition der SerDes-Signale als Alternative zu PCIeC und PCIeD. Damit können jetzt bis zu vier Ethernet Ports realisiert werden. Dank der bis zu vier MIPI-CSI-Schnittstellen, wovon zwei optional auf extra Steckern auf dem Modul spezifiziert wurden, lassen sich einfach und schnell sogar hochauflösende Kameras anschließen. Weiterhin wurde die Anzahl der GPIOs auf 14 erhöht (Bild 1).

Die neue Spezifikation definiert weitere Details für die Implementierung verschiedener Energiesparmodi beim Baseboard- und Modul-Design. Schon mit SMARC 2.0 wurden mehrere Steuersignale und Mechanismen vorgegeben. In der neuen Revision zeigen die Power-Up-Sequenz-Diagramme darüber hinaus die Abhängigkeiten der Power Domains in Bezug auf die verschiedenen Power Modes (Bild 2). Die Einschaltsequenz und der Eintritt beziehungsweise das Verlassen von Stromsparzuständen wird über verschiedene Signale von Modul und Baseboard gesteuert. Bei stabiler Modulversorgung ist für die Steuerung der Sequenz hauptsächlich das Modul verantwortlich. Bei SMARC 2.1 wird nun auch vermerkt, wie das Baseboard das Hochfahren des Moduls nach dem Einschalten mit dem Reset_IN-Signal verzögern kann.

Zuordnung von Modulschnittstellen zu den Power Domains

Um die Kompatibilität der Implementierung des Stromsparzustands auf Modul und Baseboard zu verbessern, definiert die Spezifikation SMARC 2.1 eine Zuordnung von Modulschnittstellen zu den Power Domains. Dies reduziert das Risiko von Backdriving und ermöglicht eine abgestimmte Unterstützung von Aufwachquellen. Bei verschiedenen Anwendungen ist ein extrem niedriger Stromverbrauch nötig, bei meist sehr schnellem Ansprechen auf jede Benutzer- oder Systemanforderung. Beispiele dafür sind batterie- oder solarbetriebene Systeme für POS, Informationssysteme (POI) oder alle Maschinen, die auf Benutzeranforderung reagieren und einen sehr niedrigen Standby-Stromverbrauch haben müssen.

Bild 1: SMARC-Schnittstellen im Vergleich.
Bild 1: SMARC-Schnittstellen im Vergleich.
(Bild: Avnet Intergrated)

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist in der Rev 2.1 eine zusätzliche Domain mit sehr niedrigem Stromverbrauch als „Sleep“ definiert. In diesem Ruhezustand sind die meisten Spannungsversorgungen deaktiviert und die Quelle zum Aufwecken des Moduls ist nur die Einschalttaste. Optional können die bekannten Steuersignale für Batterieladeschaltungen durch das Modul unterstützt werden. Um die Lesbarkeit der Spezifikation SMARC 2.1 zu erleichtern und damit die Design-Sicherheit zu erhöhen, wurden alle wesentlichen Daten zu einzelnen Pins, etwa die Pin-Nummer, der I/O-Typ, der Spannungslevel, die zu verwendende Power Domain und die notwendige Terminierung auf dem Modul beziehungsweise auf dem Carrier Board miteinander verknüpft.

Avnet Integrated hat mit neun Modulfamilien ein umfassendes Produktportfolio an SMARC-2.1-Modulen in Bezug auf die Anzahl der angebotenen Modulfamilien, die Skalierbarkeit der Rechenleistung und Auswahl an verfügbaren Schnittstellen. Die Skalierbarkeit ihrer Module reicht vom Low-cost NXP i.MX6 ULL über NXP s ganze i.MX8-Produktfamilie, Intels Atom-E3900-Serie bis zu den High-Performance AMD Ryzen Embedded APUs der V1000- beziehungsweise R1000-Serie.

Bild 2: Power Up-Sequenz mit Sleep Power Domain und Einschalttaste.
Bild 2: Power Up-Sequenz mit Sleep Power Domain und Einschalttaste.
(Bild: Avnet Integrated)

Neben dem Modul MSC SM2S-AL Intel Atom E3900-Serie von Avnet Integrated stehen Produkte im Vordergrund, die auf der neuen Prozessorserie i.MX8 von NXP mit den Varianten i.MX8, i.MX 8M, i.MX 8M Mini und i.MX 8M Nano basieren: MSC SM2S-IMX8 (Cortex-A72/A53), MSC SM2S-IMX8M (Cortex-A53), MSC SM2S-IMX8MINI (Cortex-A53), MSC SM2S-IMX8NANO (Cortex-A53).

Leistungsstarke Module mit AMDs Ryzen-Technologie

Mit der leistungsstarken Modulfamilie MSC SM2S-RYZ hat Avnet Integrated ihr SMARC-2.1-Portfolio am oberen Leistungsbereich erweitert und erstmals AMDs Ryzen-Prozessortechnologie in den kleinstmöglichen Computer-On-Module (COM) Formfaktor mit 82 mm x 50 mm integriert. Das MSC SM2S-RYZ basiert auf einer AMD-Ryzen–Embedded-APU in „Zen“-Core-Architektur mit bis zu vier CPU-Kernen und acht Threads. Die Module können mit AMD-Ryzen-Prozessoren der Serie R1000 und einigen Typen der Serie V1000 bestückt werden. Die Thermal Design Power (TDP) ist trotz hoher Performance mit 25 W bis hinunter zu 6 W extrem niedrig. Die integrierte „Vega“-Grafikprozessoreinheit mit acht bis zu 1200 MHz schnellen Compute Units bietet eine hohe Grafikleistung.

Trotz des kleinen Formfaktors finden auf den Embedded-Baugruppen bis zu 16 GByte DDR4 2400MT/s SDRAM und bis zu 256 GByte eMMC Flash Platz. An Grafikschnittstellen bietet die MSC-SM2S-RYZ- Modulfamilie 2 x DisplayPort 1.4 / HDMI 2.0b und eDP 1.4 / Dual-channel LVDS zum Anschluss von bis zu vier unabhängigen Displays mit einer Auflösung von bis zu 4K. Zusätzlich gibt es gängige Interfaces wie SATA-III, PCI Express Gen.3 mit bis zu 4 x 1 Lanes, Dual Gigabit Ethernet, 4 x USB 2.0 und 2 x USB 3.1 Gen.2 (10 GBit/s).

Die MSC-Module SM2S-RYZ sind kompatibel mit der neuen SimpleFlex-Plattform von Avnet Integrated, die entsprechend der kundenspezifischen Anforderungen ohne Entwicklungsaufwand schnell konfiguriert werden kann. Die für den Embedded-Markt entwickelten Boards sind mindestens zehn Jahre ab Produkteinführung des Prozessors lieferbar.

Neben SMARC-2.1-Modulen auch Starterkits und mehr

Neben den SMARC-2.1-Modulen stellt Avnet Integrated komplette Design Tools zur Verfügung, etwa Starter Kits und Board Support Package. Darüber hinaus werden umfangreiche Serviceleistungen wie Design-in-Unterstützung, Carrier Design Review, thermische Konzeption sowie Simulation und komplette Lösungen zum Thema Security angeboten. Damit lassen sich vielfältige Anwendungen in kurzer Zeit mit optimierter Time-to-Market realisieren.

Avnet Integrated entwickelt und fertigt seine SMARC-2.1-Module in den unternehmenseigenen Design Centern und in hochautomatisierten Produktionsstätten in Deutschland. In den letzten Monaten wurde massiv in die SMARC-Roadmap investiert, um das umfangreiche Portfolio weiter auszubauen. Standardisierte Computer-On-Module unterschiedlicher Formfaktoren und Leistungsklassen erlauben die schnelle und kostenoptimierte Entwicklung kundenspezifischer Systeme. Zum Einsatz kommen die Embedded-Produkte in praktisch allen Bereichen der Industrie, in IoT- und KI-basierenden Systemen, der Medizintechnik, in Infotainment- und Gaming-Systemen, im Transportation-Bereich und in der Gebäudeautomatisierung.

Diesen Beitrag lesen Sie auch in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 10/2020 (Download PDF)

* Markus Mahl ist Product Marketing Manager Boards bei Avnet Integrated.

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