针对不同应用需求 选择不同构型单板电脑发展智能嵌入式应用 智能应用 影音
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针对不同应用需求 选择不同构型单板电脑发展智能嵌入式应用

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5.25寸的单板电脑,电路载板空间较大,除有利关键元件散热外,基本I/O设置也相对完整,硬件成本较低。ASUS
5.25寸的单板电脑,电路载板空间较大,除有利关键元件散热外,基本I/O设置也相对完整,硬件成本较低。ASUS

发展智能嵌入式应用之前,选择开发平台是个关键的问题,除需考量相关产品后导入市场或应用后的二次开发或升级功能延展性外,也必须考量硬件规格、产品构型与应用场合等关键问题,而选择不同构型规格的单板电脑,对日后维护延续开发就显得相当重要…

目前电子电路科技日趋成熟,要将一部电脑微缩尺寸有很多作法,开发者可以选用处理器、存储器、储存装置与关键I/O都大幅整合的SoC,但SoC化的设计方案不但在元件整合的成本高昂,若相关开发应用的元件用量达不到经济规模,基本上是根本不用加以考量,反而是以单板电脑(Single Board Computers;SBC)概念使用大量常规或是工业规格元件整合,并利用不同构型尺寸设计,较能符合一般嵌入式应用开发场合。

不同尺寸单板电脑特性与用途。

不同尺寸单板电脑特性与用途。

PC/104为工业电脑、自动化应用相当常见的载板构型方案。ADL

PC/104为工业电脑、自动化应用相当常见的载板构型方案。ADL

RISC CPU模块适合开发低成本智能嵌入式应用,尤其在IPTV或是智能居家应用方面整合,图为Advantech开发的RISC功能开发板与CPU模块。Advantech

RISC CPU模块适合开发低成本智能嵌入式应用,尤其在IPTV或是智能居家应用方面整合,图为Advantech开发的RISC功能开发板与CPU模块。Advantech

单板电脑成本低、稳定度高

即便是SoC化的嵌入式整合运算元件,目前也成为一股嵌入式应用潮流,但实际上以高度集成电路等级整合的嵌入式应用环境,除较适合导入高度功耗要求的嵌入式应用外,这类高度整合的SoC碍于集成电路整合的物理限制,运算处理效能并无法因应高效运算的嵌入式应用开发用途,反而是运用电子电路(如多层电路板、小型化元件)概念微缩设计的单板型电脑,在微缩产品体积与维持常规运算平台效能均能获得成本与效益的平衡,也是目前大量工业电脑、自动化整合应用相当常见的智能嵌入式系统开发平台硬件选用方案。

而单板电脑发展迄今,其实有相当多的规格可以遵循,读者可以参考本文提供的表格,目前若不计入特殊定制化尺寸的单板型电脑,一般常见的单板电脑构型与种类有Pico-ITX、RISC CPU模块、PC/140模块、EPIC主机板与3.5寸、5.25寸嵌入式单板电脑等不同设计方案,尺寸差异可见表所列,这边仅是提供一般行业使用尺寸规格,定制化产品规格则不在讨论之内。

RISC CPU模块  适用IPTV或是特殊开发需求

先讨论RISC CPU模块产品,因为早期发展数码机顶盒、多媒体播放器、智能家电产品大多会优先选用RISC CPU模块进行功能开发,因为RISC CPU模块进属于高度定制化的智能嵌入式开发平台,开发业者可以针对功能需求选用不同RISC处理元件、多媒体加速DSP等建构开发平台,并在硬件上发展自己的应用服务,这样的优点在于开发平台为高度定制化,适合用于垂直整合服务,例如IPTV或是智能家电应用环境,而在RISC CPU模块开发的功能应用或服务,因为平台架构的特殊性,相关云服务或应用架构也具备高度安全性,不易被盗取开发成果。

但使用RISC CPU作为智能嵌入式应用开发基础的目的在于,早期x86处理器功耗问题与Fanless设计较难实现,反而用低价RISC CPU搭配多媒体加速DSP可建构相关娱乐应用,但目前x86架构处理器大幅翻新,针对低功耗应用已有全系列解决方案,而Fanless无风扇应用需求与高效运算需求已可使用x86单板电脑平台替代,目前使用RISC CPU模块进行智能嵌入运算平台开发的需求少之又少。

x86处理器单板电脑  成本低、效能扩充弹性大

而除了RISC CPU模块单板电脑平台外,其余单板电脑目前都有x86处理器方案,只是视其单板电脑尺寸、使用目的不同,小则选用低成本、低功耗处理器,例如Intel的Atom系列处理器,硬件运算需求大者,或是需要高处理效能整合多媒体播放需求的数码看板应用,就必须使用多核心与主流通运处理器方案,视其功号需求选择常规移动版处理器或是高效能低功耗版本处理器。

若是高效能多核心运算处理需求,甚至可以选用Intel i7低功耗版本,运作时脉与目前常规桌上型电脑不相上下,甚至运行的功耗反而更低,只是相关处理器元件配置会导致单一单板电脑的硬件成本增加,反而是关键的高效能运算处理嵌入式服务才会选择这类高效能硬件版本进行功能开发。

视应用投放效能需求不同  选用适合的处理器等级

对于一般智能嵌入式服务应用开发,以一般x86单板电脑搭配Atom低端处理器,已经可以发展多元智能嵌入式应用,因为嵌入式应用所使用的系统模块并非桌上型电脑应用环境,而是针对嵌入式智能服务搭建的系统平台,系统本身耗用硬件资源就少,加上嵌入式应用服务若复杂度不高,倒是不用直接选择顶级规格进行相关功能开发,或是嵌入式应用有未来功能延续开发、高负荷运算需求,则可选择主流处理器规格或是中端高C/P值硬件配置为佳,节省单机部署的硬件成本。

针对智能嵌入式应用选择好部署硬件平台后,接着就是考量尺寸与架构选择,若是全新的嵌入式应用服务,例如KIOSK或是博弈机台应用,若不需考量到对旧硬件升级的后续维护需求,而终端设备的设置空间也足够,即不用对载板尺寸过多要求。

单板电脑并非越小越好  需视硬件设置空间限制而定

单板电脑并不是越小越好,而是能满足应用需求,挑选在成本、尺寸与后续系统升级维护较佳的构型方案,而当不须为旧有如PC/104或是EPIC延续升级需求考量,则选择载板5.25寸或是3.5寸甚至是更小的Pico-ITX构型单板电脑方案即可,而是否需要Fanless架构或是SSD整合,则看投放的智能嵌入式应用发展需求而定。

对于装置载板的空间相对较小的应用环境,像是人机界面屏幕、薄型交互式导览器等,则可选用Pico-ITX微型单板电脑进行整合,可以用更小巧的运算平台实践嵌入式智能应用,对于投放终端的设置空间也可空给屏幕或是其他整合需求使用。

至于PC/104、EPIC等构型单板电脑,选用关键反而是已有既有应用系统需要运算能力升级时才需要考量,或是属于军用、飞航器使用或是电信服务机房内部整合使用,才需要考量其应用规范,选择对应所需的构型单板电脑,但这类单板电脑的单价成本也会因此垫高,选择上不可不慎。

至于在宽温应用支持方面,目前主流单板电脑都有提供宽温版本供用户选用,但宽温版本因为电路载板、主机板料件规格相对较高,主机板的连接器应用也是宽温要求,整体载板成本视温宽范围成本多一至两成,除非部署运行智能嵌入式应用的环境真的相当恶劣,如户外设置的KIOSK或是智能看板,仅视需求有无需要再选择宽温版本。