異構(gòu)SoM來(lái)了 為新興嵌入式系統(tǒng)提供敏捷設(shè)計(jì)資源

自從SoM（System on Module）這種形態(tài)的模塊出現(xiàn)后，處于新興的多元化嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)就多了一個(gè)敏捷開(kāi)發(fā)的資源。在幫助開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)突破的同時(shí)，SoM大大縮短了產(chǎn)品的上市時(shí)間，并且保持了低成本。

在此之前，創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)通常是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要基于核心MCU或者SOC來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并制造定制電路板。SoM減少了這些步驟，只需選擇一個(gè)符合系統(tǒng)要求的SoM并將其集成到終端系統(tǒng)中，就可以部署了。在快速批量部署的過(guò)程中，這一樂(lè)高式的模塊化設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)化產(chǎn)品生命周期管理，而相對(duì)于SOC或SIP，還可以降低BOM的費(fèi)用。

簡(jiǎn)言之，SoM可以為沒(méi)有硬件經(jīng)驗(yàn)的軟件開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)舒適、直觀的設(shè)計(jì)環(huán)境，利用其內(nèi)建驅(qū)動(dòng)程序和其它軟件節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。而硬件工程師則可以通過(guò)SoM板載的FPGA獲得高性能和靈活性，并且沒(méi)有有關(guān) PCB 設(shè)計(jì)和集成的困難，加快他們?cè)陬A(yù)算范圍內(nèi)完成項(xiàng)目的進(jìn)度——提供了預(yù)構(gòu)建應(yīng)用的SoM尤為如此。

不久前，瑞薩電子、易靈思和AIoT解決方案供應(yīng)商中印云端合作，共同推出一款異構(gòu)SoM系列——ProMe。該系列異構(gòu)SoM在板卡上集成了MCU、FPGA和可編程混合信號(hào)矩陣，根據(jù)功能，ProMe系列劃分為三代，目前發(fā)布的一代產(chǎn)品集成了瑞薩MCU RX651 、GreenPAK?可編程模擬和數(shù)字混合信號(hào)IC SLG46585M，和易靈思的FPGA，適用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、版本加載、流程初始化、系統(tǒng)監(jiān)控、接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等場(chǎng)景。

?

圖：中間黃色部分為ProMe，只有礦泉水瓶蓋大小

總體上，ProMe的特性包括以下幾個(gè)方面：

• 動(dòng)態(tài)工具庫(kù)：支持FreeRTOS操作系統(tǒng)，支持上位機(jī)和云端動(dòng)態(tài)工具庫(kù)可供下 載；

• MCU+CMIC+FPGA異構(gòu)解決方案，在應(yīng)用層可以做到最高級(jí)別的全棧設(shè)計(jì)；

• 安全可靠：AES+Trusted Secure IP、兩級(jí)全硬件系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、各BANK IO電平動(dòng)態(tài)調(diào)整；

• 小巧高效：超小的18*18mm郵票貼封裝，5uA級(jí)別待機(jī)功耗，多種喚醒模 式，適用于各種應(yīng)用；

• 豐富接口：JTAG、USB、UART、SPI、以太網(wǎng)和 Wi? /藍(lán)牙等接口以及眾多特 殊的視頻和傳感器接口；

• 物聯(lián)網(wǎng)模塊：指紋模組、語(yǔ)音模塊、藍(lán)牙模塊、雷達(dá)模塊、4G模塊和Wi-Fi6模塊。

作為瑞薩經(jīng)典的MCU，RX651設(shè)計(jì)之初重點(diǎn)面向工業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化和智能表計(jì)系統(tǒng)更高的安全需求。擴(kuò)展的微控制器集成了Trusted Secure IP（TSIP），以及用于工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的增強(qiáng)型可靠閃存功能和人機(jī)界面（HMI）。RX651 MCU采用瑞薩自有高性能RXv2內(nèi)核，工作頻率高達(dá)120MHz，其閃存可從512KB擴(kuò)展至2MB，從而存儲(chǔ)FPGA啟動(dòng)鏡像文件。

在ProMe中，RX651的性能和資源包括：

• 支持工作主頻：120 MHz（2 DMIPS/Mhz）

• 支持：FreeRTOS

• 預(yù)留 ADC 接口：4 個(gè) (12 bit/2 Msps 采樣率 )

• 預(yù)留 USB2.0 FS：1 個(gè)

• 預(yù)留 I2C 接口： 1 個(gè)

GreenPAK?可編程模擬和數(shù)字混合信號(hào)IC SLG46585M除了提供組合功能宏單元和多功能宏單元外，還預(yù)留了4個(gè)電壓比較器、 3 個(gè) GPIO，并集成4路LDO和1路降壓轉(zhuǎn)換器，給MCU和FPGA供電。

ProMe板載的FPGA是易靈思的基于Quantum?技術(shù)的Trion系列產(chǎn)品T20F169，該器件具有20K的邏輯資源，功耗極低。20K邏輯全速運(yùn)行在100MHz，功耗低于200mW，更有9mm x 9mm的小型尺寸。在對(duì)一些外設(shè)進(jìn)行多端口UART，SPI等補(bǔ)充之外，還具有伺服控制的設(shè)計(jì)資源。在ProMe中該器件具體資源如下：

• 支持可編程邏輯功能

• 支持供電各路電源可編程

• 支持各 Bank 電壓 VCC 可選擇，GPIO 接口電平靈活適配

• 支持時(shí)鐘可選，可選擇外部 PIN 提供或板載晶振提供

• 預(yù)留 JTAG 接口支持在線 Debug

• 預(yù)留 12 對(duì) LVDS 接口（8 對(duì) TX 和 12 對(duì) RX）

• 預(yù)留 12 個(gè) GPIO，擴(kuò)展外設(shè)

中印云端總經(jīng)理黃粵龍表示，該公司創(chuàng)新性地提出了“部署后可更新、升級(jí)的硬件”產(chǎn)品概念，其核心在于ProMe SoM是針對(duì)特定應(yīng)用高度優(yōu)化的芯片硬件。這種優(yōu)化在硬件制造后進(jìn)行，幾乎沒(méi)有重復(fù)次數(shù)限制。因此系統(tǒng)無(wú)需安裝新硬件，便可適應(yīng)新的需求。ProMe系列異構(gòu)SoM，取代傳統(tǒng)“芯片先定”的開(kāi)發(fā)策略，從而節(jié)省大量開(kāi)發(fā)時(shí)間 。開(kāi)發(fā)用時(shí)更短，開(kāi)發(fā)過(guò)程錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)更小，有利于加快產(chǎn)品上市時(shí)間。開(kāi)發(fā)者不必再著眼于功能性芯片配套選型，而只需聚焦于客戶應(yīng)用需求即可。

另外，針對(duì)不同場(chǎng)景的應(yīng)用，中印云端提供了對(duì)應(yīng)的主流軟件諸如TCON時(shí)序、電機(jī)調(diào)試、光伏調(diào)優(yōu)、圖像處理、接口轉(zhuǎn)換等協(xié)議工具庫(kù)，以及各類主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的IP，開(kāi)發(fā)者通過(guò)云端工具即可調(diào)用不同的功能進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

瑞薩電子中國(guó)總裁賴長(zhǎng)青表示，隨著客戶對(duì)縮短產(chǎn)品上市時(shí)間的需求越來(lái)越多，開(kāi)發(fā)中器件的靈活性也變得越來(lái)越重要。瑞薩與易靈思、中印云端達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，可以充分發(fā)揮各自在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、營(yíng)銷方面的優(yōu)勢(shì)，快速推出適合中國(guó)及全球客戶需要的解決方案，共同拓展市場(chǎng)。三方將致力于提供安全、可靠、便捷、靈活的異構(gòu)SoM解決方案。

易靈思總經(jīng)理郭晶表示，與傳統(tǒng)FPGA產(chǎn)品相比，基于Quantum?技術(shù)的Trion系列產(chǎn)品，具備邏輯和路由互換的特性，同等資源下占據(jù)更小的硅片面積、更低的功耗，具有顯著的成本與尺寸優(yōu)勢(shì)。Trion系列基于中芯國(guó)際的40nm工藝，邏輯密度是4K至120K邏輯單元（LE），具備內(nèi)嵌式RAM模塊與DSP模塊，PLL，以及GPIO，MIPI，DDR，LVDS等標(biāo)準(zhǔn)接口。該系列FPGA適用于視頻處理、工控、醫(yī)療、移動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子，以及正在快速增長(zhǎng)的機(jī)器視覺(jué)、計(jì)算加速、邊緣計(jì)算與深度學(xué)習(xí)等，目前已實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)級(jí)出貨。

易靈思總監(jiān)張永慧表示，瑞薩具有非常豐富的產(chǎn)品線，特別是低功耗MCU以及板級(jí)電源管理都和易靈思低功耗FPGA有很好的系統(tǒng)契合度。對(duì)于小容量FPGA，瑞薩單片機(jī)可以直接完成FPGA的配置。中印云端作為一家獨(dú)立的設(shè)計(jì)服務(wù)公司，將兩家公司的產(chǎn)品通過(guò)SoM的形式很好地融合在一起。讓客戶在評(píng)估測(cè)試時(shí)，可直接將SoM用于自己的產(chǎn)品中。