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Actualité des entreprises

NXP i.MX 8 Computer on Modules de Congatec

Par Martin Danzer, directeur de la gestion des produits chez congatec AG

Publication: 9 mars

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Un écosystème pour la vision, l’IA et d’innombrables autres applications...
 

Avec le lancement des Computer-on-Modules SMARC et QSeven, la famille de processeurs d’application NXP i.MX 8 compatibles avec les logiciels est désormais également compatible avec les pins. Cela permet aux développeurs d’applications de passer en toute transparence du processeur QuadMax le plus puissant au i.MX 8X de faible puissance pour les applications de 2 watts. Un tel écosystème offre aux développeurs une multitude d’avantages qui vont bien au-delà de la compatibilité des broches.

Avec la série i.MX 8, NXP a mis sur le marché une nouvelle famille de processeurs d’application qui offre une extensibilité ultra large basée sur les architectures de base ARM Cortex-A53 et A35. À ce jour, la famille de processeurs compte six membres, allant des i. MX 8 haute performance aux variantes i.MX 8X à coût optimisé. Suite à des investissements massifs au cours des 18 derniers mois, congatec a lancé un total de 6 modules SMARC et Qseven dans différentes variantes. Ils sont basés sur les i.MX 8, i.MX 8X et les nouveaux processeurs i.MX 8M Mini, qui ciblent spécifiquement les applications embarquées. Ensemble, ils ajoutent 12 configurations de processeurs différentes à l’écosystème SMARC et Qseven.

Les processeurs phares de l’écosystème ARM

En tête de toutes les variantes de NXP i.MX 8 sans le suffixe 8X se trouve l’architecture ARM Cortex- A53 64 bits basée sur ARMv8-A, qui offre jusqu’à 60 % de performances en plus que son prédécesseur Cortex-A7. Elle offre également une meilleure gestion de l’énergie pour une production de chaleur minimale et une durée de vie maximale de la batterie dans les applications mobiles. La principale variante X est l’architecture Cortex-A35. Elle offre jusqu’à 40 % de performances en plus par rapport aux systèmes ARM Cortex-7. Même en la comparant aux options A53, l’architecture A35 offre des avantages tels qu’un encombrement réduit et un prix plus bas. Pour les charges de travail gourmandes en mémoire, la performance de calcul est comparable et même pour les charges de travail en nombre entier, la performance est de 84 85%. Ces avantages et d’autres encore font des cœurs A53 et A35 les processeurs d’application les plus attrayants actuellement dans l’écosystème ARM.

Complexes de noyau dans des configurations multiples

En conséquence, NXP a rendu les noyaux disponibles dans de nombreuses variantes de puces i.MX 8 avec différents complexes de noyaux. En fonction du domaine d’application, des cœurs supplémentaires sont ajoutés, comme le A72, très performant, qui, comparé au A53, impressionne par son exécution hors service. Ainsi, le A72 atteint 6,35 DMIPS/MHz, soit près de trois fois la puissance de calcul par mégahertz du A53 avec 2,24 DMIPS/MHz . C’est particulièrement intéressant pour les plates-formes virtualisées au niveau matériel. Les autres domaines dans lesquels les différentes séries et variantes de processeurs diffèrent sont les unités graphiques intégrées, le nombre d’unités MCU M4F intégrées pour les fonctions d’entrée/sortie, ainsi que le contrôle et le traitement des signaux. M4F prend également en charge la surveillance du système lorsque les cœurs Cortex-A sont éteints pour économiser l’énergie. Les complexes de cœurs les plus attrayants pour les applications informatiques embarquées sont essentiellement les variantes i.MX 8 sans suffixe, ainsi que celles avec les suffixes 8M Mini et 8X, où les performances sont de plus en plus maigres.

Systèmes haut de gamme avec graphiques 4K

Les modules SMARC et Qseven avec i.MX 8 sont basés sur les processeurs i.MX 8QuadMax, 8QuadPlus et 8DualMax. Outre quatre cœurs A53, le QuadMax possède également deux cœurs haute performance ARM Cortex-A72, le 8QuadPlus en possède un A72. Le processeur i.MX 8DualMax, en revanche, se passe complètement des cœurs A53 en échange de deux cœurs A72. Avec deux unités graphiques GC7000 (1x pour l’i.MX 8 DualMax), ils offrent des capacités graphiques avancées pour jusqu’à trois écrans 1080p indépendants ou un seul moniteur 4K, pour lesquels les modules SMARC et Qseven Computer-on-Modules offrent déjà un support HDMI 2.0 prêt pour les applications avec HDCP 2.2, 2x LVDS et 1x eDP 1.4. L’interface Vulkan est également prise en charge, de même que OpenCL, OpenGL et OpenVX, ce dernier support graphique étant particulièrement adapté aux cas d’utilisation en temps réel intégrés. Les applications comprennent le suivi du visage, du corps et des gestes, la vidéosurveillance intelligente, les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS), la reconstruction d’objets et de scènes, la réalité augmentée, l’inspection visuelle ou la robotique. De nombreuses fonctionnalités supplémentaires rendent ces Computer-on-Modules extrêmement puissants et flexibles. La liste comprend 2x GbE avec support optionnel du protocole IEEE1588 Precision Time, jusqu’à 6x USB dont 1x USB 3.1, jusqu’à 2x PCIe Gen 3.0, 1x SATA 3.0, 2x bus CAN, 4x UART ainsi qu’un module Wi Fi/Bluetooth embarqué optionnel avec Wi-Fi 802.11 b/g/n et BLE ainsi que 2 entrées vidéo MIPI CSI-2.

Systèmes bas de gamme pour les applications sensibles aux coûts

Avec leurs cœurs ARM Cortex-A35, les modules SMARC et Qseven Computer-on-Modules avec les variantes NXP i.MX 8X basées sur ARM Cortex-A35 sont les champions de l’économie d’énergie et de coûts. Ils sont réduits à une unité graphique GC7000 avec ou sans accélération vidéo, et à un contrôleur d’E/S M4F. Néanmoins, elles offrent un ensemble de caractéristiques exceptionnelles dans la classe des ordinateurs embarqués de 2 à 4 watts avec prise en charge de deux écrans via 1x LVDS double canal, 2x MIPI-DSI ou HDMI 1.3. Pour les autres E/S, il n’y a que deux différences : Les modules avec i.MX 8X offrent une voie PCIe Gen 3.0 au lieu de deux, et une entrée caméra MIPI-CSI au lieu de deux. Sinon, l’ensemble des fonctionnalités, y compris la prise en charge d’Ethernet en temps réel conforme à la norme IEE 1588, est largement comparable. Le spectre des utilisations de l’i.MX 8X va donc des appareils connectés à l’IdO dans les applications extérieures et les véhicules mobiles, aux appareils, machines et systèmes industriels IIoT et Industry 4.0 avec virtualisation matérielle.

Systèmes industriels et IdO à usage universel

Dans le milieu de gamme, les variantes 8M Mini convainquent grâce à la conception économe en énergie des cœurs A53 avec une microarchitecture FinFet de 14 nm par rapport aux processeurs haut de gamme sans suffixe. Grâce à la structure 14 nm plus efficace, ils offrent une fréquence d’horloge maximale de 1,8 GHz pour des performances élevées avec une consommation d’énergie optimisée. Selon NXP, la famille i.MX 8M Mini, largement évolutive, avec ses processeurs à un, deux et quatre cœurs, peut être utilisée universellement dans toutes les applications industrielles et de l’IdO où l’ensemble des caractéristiques des variantes i.MX 8M Nano, moins puissantes, ne suffit pas. Parmi les principaux avantages de l’i.MX8 M Mini, on peut citer le support générique de PCIe, qui, sur les Computer-on-Modules SMARC, est utilisé pour prendre en charge l’ensemble des fonctionnalités standard de cette spécification, en plus des fonctions de décodage et d’encodage vidéo.

Des systèmes haut de gamme à faible consommation d’énergie avec des graphiques 3D haute résolution aux systèmes de milieu de gamme largement évolutifs et aux systèmes de 2 watts ultra- efficaces sur le plan énergétique, la famille NXP i.MX 8 offre d’innombrables possibilités pour lesquelles des entreprises comme congatec proposent un soutien sous la forme d’écosystèmes Computer-on-Module prêts pour les applications.

Atteindre votre objectif plus rapidement, à moindre coût et de manière plus durable

Les normes "Computer-on-Module" telles que SMARC et Qseven agissent comme une sorte de colle logique entre l’application et les composants matériels réels. Les OEM bénéficient également d’une compatibilité logicielle qui va bien au-delà des familles de processeurs individuelles. Comme les API sont identiques pour les différentes générations de processeurs et les différents fabricants, les interfaces matérielles spécifiques peuvent être traitées de manière uniforme. Cela permet d’accélérer la mise sur le marché, de simplifier la documentation des OEM et de garantir une évolutivité durable pour prendre en charge le prochain, voire l’avant-dernier produit OEM, quel que soit le fabricant du processeur. Bref, des conditions idéales pour tester l’applicabilité universelle de la gamme i.MX8.

Évaluer les plateformes avec un riche ensemble de fonctionnalités

Des tableaux d’évaluation, tels que le conga-SEVAL, sont largement disponibles à cet effet. Elles soutiennent l’ensemble des options potentielles pour chacune des normes et sont fournies sous forme de kits de démarrage prêts à l’emploi qui comprennent tout ce qui est nécessaire. Les solutions de cartes porteuses basées sur des normes reconnues de cartes mères embarquées et d’ordinateurs à carte unique deviennent également de plus en plus attrayantes. Elles répondent également à toutes les exigences pour le déploiement sur le terrain, car elles peuvent être facilement installées dans le boîtier approprié, puis certifiées en tant que systèmes. Un exemple est la nouvelle carte de 3,5 pouces que congatec présentera au salon Embedded World et qui a déjà été préqualifiée pour être utilisée avec tous les Computer-on-Modules SMARC basés sur i.MX 8.

Cartes de 3,5 pouces basées sur le SMARC

Le conga-SMC1 de 146 x 102 mm est doté d’un double GbE, de 5x USB et d’un hub USB, plus SATA 3 pour les disques durs externes ou les SSD. Pour des extensions spécifiques, la carte offre un emplacement miniPCIe ainsi qu’un emplacement M.2 Type E E2230 avec I2S, PCIe et USB, et un emplacement M.2 Type B B2242/2280 avec 2x PCIe et 1x USB. Un emplacement MicroSim intégré pour la connexion IoT est également prévu, à côté d’interfaces embarquées spécifiques telles que 4x UART, 2x CAN, 8x GPIO, I2C et SPI. Les écrans peuvent être connectés via HDMI, LVDS/eDP/DP et MIPI-DSI. La carte offre en outre deux entrées MIPI-CSI pour la connexion des caméras. Le son I2S peut être mis en œuvre via une prise audio. Comme elles sont équipées de prises SMARC, les nouvelles cartes SBC conga-SMC1 de 3,5 pouces peuvent être équipées de manière extrêmement flexible avec l’un des 12 nouveaux modules NXP basés sur i.MX 8. Les variantes qui ne nécessitent pas toutes les interfaces peuvent être produites en quantités relativement faibles en utilisant des circuits imprimés identiques mais une nomenclature plus fine, avec une fonctionnalité réduite à la portée exacte du module respectif, ce qui permet de fournir des lots de qualité industrielle à tout moment.

Intégration facile des caméras

La congatec va également intégrer la carte porteuse de 3,5 pouces dans un nouveau kit de vision avec une caméra de 13 mégapixels de la Basler. Ce qui est particulièrement remarquable ici, c’est que la carte dispose déjà de 2 entrées MIPI-CSI avec des connecteurs plats, ce qui signifie que toute caméra MIPI peut être intégrée directement et sans matériel supplémentaire. La puissance des plates-formes de vision ARM a déjà été démontrée par le kit prêt à l’emploi de congatec, Basler et NXP, qui utilise l’intelligence artificielle pour reconnaître les produits sans avoir besoin de codes barres ou QR. Les articles sont détectés en temps réel grâce au flux vidéo fourni par la caméra intégrée dans le Computer-on-Module i.MX 8 utilisé sur le site. Le système est si puissant qu’il ne nécessite pas de connexion en nuage, contrairement à tous les assistants vocaux actuels, qui ont toujours besoin d’une connexion permanente pour la reconnaissance vocale.

Intégrer la bonne solution sans fil

De nombreuses applications autres que l’IA complexe et la vision nécessitent également une connectivité sans fil. Pour leur évaluation, congatec propose déjà une version standard avec Wi-Fi 802.11 b/g/n et BLE. Elle peut être intégrée soit directement sur certains modules SMARC, soit sur la carte porteuse. Toutefois, cette version standard est conçue pour répondre aux exigences maximales. Dans la plupart des cas, les équipementiers n’auront besoin que d’un ensemble de caractéristiques très spécifiques avec le coût et l’efficacité énergétique les plus élevés possibles. Pour y parvenir, congatec aide également ses clients à trouver et à intégrer la solution sans fil adaptée à l’application spécifique en termes de débit, de fonctionnalité, de coût et de compatibilité.

Couvrir les préoccupations en matière de sécurité

Le congatec s’attaque également à un autre problème de plus en plus important : Garantir la sécurité des données et des fonctions des appareils basés sur i.MX 8 via le High Assurance Boot (HAB). Le HAB garantit que seul un logiciel authentifié est exécuté sur l’appareil ARM. Cela est important non seulement pour les appareils connectés à l’IdO, mais aussi et surtout pour toutes les applications critiques en matière de sécurité dans le secteur des soins de santé et de l’administration en ligne, où les données personnelles sensibles doivent être protégées à tout prix. Comme la certification BSI est souvent requise pour de tels cas d’utilisation, congatec fournit également à ses clients un support approprié pour les microprogrammes et les logiciels, en plus d’une documentation complète.

Bootable sur étagère

Pour pouvoir démarrer directement leurs évaluations, les développeurs ARM ont également besoin d’une assistance logicielle complète, comme des paquets de support de carte avec un chargeur de démarrage correctement configuré, des images Linux, Yocto et Android correctement compilées, et tous les pilotes nécessaires. congatec fournit des binaires précompilés sur GitHub qui intègrent tous ces composants. Grâce aux modules basés sur ARM, les développeurs peuvent donc démarrer aussi facilement qu’ils le feraient dans le monde Windows.

Immédiatement prêt pour l’intégration

Avec les nouveaux modules SMARC et Qseven basés sur NXP i.MX 8, les développeurs d’applications de vision embarquée et d’IIoT hautement intégrées peuvent atteindre le niveau technologique suivant très rapidement et facilement, car ils peuvent intégrer un module standard de la taille d’une carte de crédit dans leurs applications immédiatement et avec un minimum d’espace. Les kits de démarrage et les cartes prêtes à l’emploi, comme le SBC 3,5 pouces de congatec, sont des éléments clés de l’écosystème complet de produits et services i.MX 8. Avec de faibles coûts NRE, ils permettent une évaluation rapide et la mise sur le marché de cette toute nouvelle architecture de processeur, qui ouvrira de nombreux nouveaux champs d’application, par exemple dans le domaine des applications industrielles en temps réel et de l’IA basée sur la vision. La gamme de matériel est complétée par les services étendus offerts par le centre d’assistance technique de congatec, qui comprennent une formation ARM pour les développeurs ainsi que des services complets de conception.

Le service est la clé

Les services de conception fournis par le Centre de solutions techniques de congatec pour les nouveaux modules SMARC 2.0 et Qseven avec les processeurs NXP i.MX 8X vont de l’implémentation HAB au bootloader et à l’authentification de l’image du système d’exploitation en passant par la cryptographie à clé privée et publique, l’adaptation BSP spécifique au client et la maintenance logicielle à long terme pour Linux et Android. L’offre de services comprend également la sélection de composants de cartes porteuses appropriés et la révision de la conception, ainsi que des tests de conformité des signaux à grande vitesse, des simulations thermiques, des calculs de MTBF et des services de débogage pour les solutions spécifiques aux clients. L’objectif est de fournir aux clients le support technique le plus accessible et le plus efficace à tout moment - de l’ingénierie des exigences à la production à grande échelle, avec bien sûr des conceptions entièrement personnalisées également disponibles pour cette dernière.

http://www.congatec.com/

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