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Múltiples opciones del COM Express y alternativas SMARC para diseño

Es necesario comprender los requisitos de las aplicaciones embebidas a la hora de elegir el COM Express correcto, la elección se basa en el factor de forma y los tipos de patillaje. Arraigado y testado a nivel global, el estándar COM Express ha evolucionado con nuevos tamaños y opciones de conexión lo que ha supuesto también una competición positiva del mundo del Smart Mobility ARChitecture (SMARC).

En Novatronic Sistemas sabemos que el COM Express tiene una fuerte implantación en el ámbito de las plataformas Computer-on-Module debido a los flexibles y escalables beneficios que ofrece. Con tres formatos actuales y una variedad de opciones de patillaje para definir cómo se utilizan los conectores, es más como una familia de estándares optimizados para todos los niveles de rendimiento integrado en un espacio reducido.

Para dar cabida a la avalancha de dispositivos portátiles, y para apoyar los sistemas que conforman elInternet de las Cosas (IoT) en el mundo cada vez mayor de aplicaciones embebidas conectadas, se demandan módulos de tamaño más reducido. Para los desarrolladores que compiten en el diseño de factor-de-forma pequeño, es esencial comprender las opciones actuales del COM Express, así como las alternativas Smart Mobility ARChitecture (SMARC) para poder seleccionar la plataforma óptima más reducida para un determinado diseño.

Eligiendo COM Express

Los COMs proporcionan el chipset de E/S a la portadora a través de conectores robustos “placa a placa” permitiendo una amplia combinación de opciones de E/S: LAN, SATA, video, audio, puertos PCI Express USB y otros están disponibles y su utilización sólo depende de los requisitos de la aplicación de uso final. También integran el procesamiento de vídeo y pantalla, una ventaja importante para los gráficos pesados y aplicaciones de procesamiento de datos que, a menudo, se encuentran en los sistemas interconectados: IoT (Internet of Things).

Después de más de diez años en el mercado, COM Express capitaliza las ventajas de la plataforma quizá mejor que cualquier otro formato, ya que ofrece muchas opciones de diseño, cada una probada y con el apoyo de un ecosistema en todo el mundo bien definido de proveedores y fabricantes. Así que,¿cómo seleccionar el COM Express correcto para adaptarlo a las necesidades de la aplicación?Los tres factores de forma, básico, compacto y mini, se pueden separar en términos de tamaño, procesador y rendimiento.

Los tipos de pines de conectores asociados son igualmente importantes para manejar las interfaces y gestionar los requisitos de procesamiento de señales de la aplicación de uso final. Dependiendo de los niveles de rendimiento requeridos por la aplicación, los diseñadores suelen optar por un formato u otro en la elección de COM Express: unas aplicaciones requerirán espacio y procesador y optarán por el básico, mientras otras, con restricciones de espacio, con pilas o plataformas portátiles, se adecuarán al mini.

Los Módulos COM Express suelen tener el mismo conjunto de características, pero se diferencian por los tipos de procesador, factor de forma y opciones de patillaje:

  • COM Express Basic tiene el mayor tamaño con 95 x 125 mm, y está pensado para manejar aplicaciones que requieren más potencia de procesamiento. Como tal, este formato incorpora procesadores de gama alta, tales como Intel Core y AMD Serie R. Kontron, empresa representada por Novatronic Sistemas, y otros fabricantes de todo el mundo en general dan soporte al COM Express Basic con continuos lanzamientos de productos que aprovechan los últimos avances del procesador. El rendimiento de los gráficos es con frecuencia una característica clave de las aplicaciones que pueden utilizar el poder de procesamiento permitido por el factor de forma Basic. Los ejemplos de su implementación incluyen aplicaciones médicas de alta gama o aplicaciones de automatización industrial, donde los requisitos de visualización o de comunicación exigen un alto poder de cálculo para la transmisión de datos.
  • COM Express Compact es el de tamaño mediano con 95 x 95 mm, y la escalabilidad es la característica clave. Incorpora procesadores que van desde Intel Atom y AMD G-Series hasta los de alto rendimiento como Intel Core y AMD Serie R. El Compact también se usa ampliamente en los mercados integrados y permite a los fabricantes de equipos escalar futuras generaciones de productos con actualizaciones de procesador, o lanzar una línea de productos utilizando la misma placa de soporte con diferente rendimiento informático. Por ejemplo, un factor de forma Compact usando un procesador Intel Atom sería adecuado para una gama baja HMI en un entorno industrial. Un OEM podría aplicar de forma simultánea un procesador Intel Core utilizando el mismo factor de forma Compact y placa portadora en otro producto COM, logrando un rendimiento adecuado para una pantalla de mayor resolución.
  • COM Express Mini, con 55 mm x 84 mm, es el más pequeño y está orientado específicamente hacia los dispositivos de mano o alimentados por batería. En el ámbito médico, por ejemplo, COM Express Mini se usa por los médicos en dispositivos de mano o sistemas portátiles utilizados para la monitorización de pacientes. Estas aplicaciones suelen tener menos poder de cálculo, pero también necesitan reducir la disipación de energía para permitir el funcionamiento a base de baterías.

Los tipos de patillaje definen el uso en COM Express

Originalmente se definieron cinco patillajes para el estándar COM Express, lo que proporcionó una base a largo plazo para la asignación de la señal y la disposición de diseño. COM Express 2.0 abordó la necesidad de evolución, estableciendo el Tipo 6 para el procesamiento de gráficos extendido y el Tipo 10 para el rendimiento en aplicaciones aún más pequeñas. El Tipo 6 y el Tipo 10 son los más populares y utilizados hoy en día.

Basado en el estándar de cinco patillajes, el Tipo 6 es el COM Express de patillaje más ampliamente adoptado hasta la fecha y normalmente está disponible en formatos Basic y Compact. El Tipo 6 soporta el impacto de aplicaciones gráficas y es por ello que utiliza las posibilidades gráficas ampliadas de las nuevas familias de procesadores.

El modelo COMe-cSE6 de Kontron, representada de Novatronic Sistemas, incorpora el procesador AMD G-Series en un tamaño compacto con patillaje Tipo 6 y está optimizado para sistemas con un uso intensivo y un consumo de energía limitado.

El Tipo 6 se basa en las futuras opciones de diseño como la implementación de SuperSpeed USB, con 16 patillajes libres que ofrecen líneas suficientes para implementar cuatro de los ocho puertos USB 2.0 como si fueran USB 3.0. El Tipo 6 también ofrece Digital Display Interfaces (DDI) SDVO, DisplayPort y HDMI / DVI junto con dos 2 PCI Express.

Los sistemas médicos ilustran el potencial del rendimiento gráfico. Los sistemas habilitados con visualización y procesamiento gráfico potentes permiten que los profesionales médicos puedan acceder simultáneamente a varias pantallas de información del paciente. Por ejemplo, un técnico podría ver información y registros a través de la pantalla, mientras se visualiza el estado de salud actual del paciente, como la presión arterial o la respiración en una segunda pantalla. Tal sistema elimina la necesidad de una estación de trabajo costosa y proporciona todo el acceso interactivo a datos en tiempo real, esencial para protocolos de tratamiento adecuados. Un último dato muy importante es la adición de soporte nativo para todas las nuevas interfaces de pantalla, lo que simplifica diseños de placas, reduciendo el tiempo de salida al mercado (y el coste total) para aplicaciones de uso intensivo de gráficos. El amplio soporte PCIe del Tipo 6 subraya la tendencia general de alejarse de las interfaces paralelas hacia diseños de sistemas “puros” de serie incorporados para lograr un mayor ancho de banda y una latencia reducida.

El Tipo 10 COM Express es diferente de todos los otros estándares de patillajes COM Express: dispone de un solo conector, por lo que es ideal para aplicaciones pequeñas, portátiles. El COM Express mini está diseñado para ofrecer un rendimiento x86 de ahorro de energía con el tamaño de una tarjeta de crédito, 55 x 84 mm.

Los puertos serie ahora son compatibles con el Tipo 10; antiguamente se usaba para 12V, pero fabricantes como Kontron garantizan la compatibilidad con placas base ya existentes mediante la integración de un circuito de protección en el mismo módulo. De esta manera los diseños existentes no tienen que ser completamente modificados y pueden fácilmente utilizar estas nuevas capacidades.

Otra diferencia es que el Tipo 10 usa el segundo canal LVDS, salida de TV y VGA para soportar el puerto SDVO (o, alternativamente, DisplayPort o HDMI / DVI) a través de DDI. Estos módulos ultra compactos proporcionan soporte nativo tanto para las últimas interfaces de pantalla y pantallas duales independientes debido al soporte de canal LVDS. Tanto el Tipo 10 y el Tipo 6 ahora también soportan SDIO, multiplexado de las señales GPIO existentes. Requerido para muchos sistemas, la flexibilidad de la norma PICMG se ilustra con la opción añadida de dos puertos serie TTL de 3,3V. Estos puertos se pueden utilizar para RS232, RS485, CANbus, y otras interfaces de dos hilos.

Evaluando las opciones más pequeñas (COM Express Mini, SMARC y Qseven)

Las nuevas e innovadoras aplicaciones, especialmente de los mercados móviles y portátiles, están impulsando el cambio en la plataforma COM. Los clientes están buscando HMI portátiles y dispositivos móviles portátiles robustos, con acceso a nuevas interfaces en un factor de forma más pequeño y adaptado a dispositivos de tableta. Smart Mobility ARChitecture (SMARC) ha saltado al terreno de juego como una alternativa a la COM Express mini, adecuada para este tipo de aplicaciones. SMARC tiene varias interfaces nuevas como MIPI CSI y otras interfaces de cámaras, interfaz periférica serie (SPI), bus y I2S, que no son compatibles actualmente con COM Express. SMARC también añade valor gracias a su capacidad de interconectarse. Con el uso de nuevas interfaces, los dispositivos pueden conectarse más fácilmente por GSM u otros protocolos de LAN inalámbrica con el rendimiento de la CPU.

SMARC fue iniciada por el Grupo de Normalización de Tecnologías Integradas (SGET) hace dos años; la norma está ganando una gran visibilidad por su capacidad de utilizar cualquiera de los procesadores ARM o x86 de bajo consumo, así como por su apoyo a los dispositivos interconectados requeridos en el ámbito del IoT.

Antes de SMARC, COM Express Miniera la única opción viable para ciertas plataformas, como la mayoría de los dispositivos portátiles más pequeños. Si un diseño se encuentra en sus primeras fases y el panel de soporte se encuentra en desarrollo, SMARC podría proporcionar una opción atractiva para una aplicación embebida interconectada. Si el diseño ya ha desarrollado un panel de soporte y tiene un COM Express COM desplegado, la mejora de rendimiento sobre la COM Express Mini es el enfoque de diseño lógico. Cabe señalar que SMARC también se considera un sucesor para el estándar Qseven. Son similares en tamaño y disipación de energía, sin embargo SMARC ofrece más patillajes en el conector MXM3 en contraste con el conector MXM2 de Qseven

El SMARC-sXQU fabricado por Kontron, representada de Novatronic Sistemas, está diseñado para aplicaciones con un menor consumo de energía y en el que las pequeñas dimensiones tienen prioridad sobre el rendimiento. Está equipado con procesadores de la serie Intel X1000 Quark, así como de hasta 1 GB de RAM DDR3, con la opción de ECC.

El futuro de los COMs

Los fabricantes de COM Express están comprometidos a mantener a los clientes al día con las últimas tecnologías de chipsets (como los continuos avances de Intel y AMD). Es importante que cada COM Express ofrezca nuevas características y funcionalidades basadas en los tipos de aplicaciones que se están desarrollando. Sin embargo, las nuevas generaciones del chipset Atom, así como las futuras plataformas Core ofrecen nuevas interfaces en serie, como la cámara o SPI, que no se definen por el Tipo 6 o el Tipo 10 de COM Express. Se irán desarrollando nuevos patillajes a corto plazo para COM Express y lo más probable es que se siga innovando con el fin de continuar con su fortaleza y mantener una posición de liderazgo de diseño para aplicaciones y dispositivos que cada vez se vuelven más pequeños.

Las características de los COMs permiten soluciones a largo plazo flexibles y escalables que llegan al mercado rápidamente. Y con la innovación continua, COM Express tiene un papel importante que desempeñar en los diseños de aplicaciones embebidas interconectadas en todo el mundo. Como los principales mercados evolucionan con énfasis en el IoT Internet of Things, sectores como el de salud o la automatización industrial pueden beneficiarse de estas plataformas ampliamente testadas y garantizadas.