隨著英特爾的 Apollo Lake 處理器，SGET 發(fā)布了 SMARC 2.0 規(guī)范，讓許多工程師想知道，“我應(yīng)該選擇哪種信用卡大小的外形尺寸 - COM Express Mini、Qseven 或 SMARC 2.0？”

首先，這里有一些保證；行業(yè)口號(hào)“永不改變運(yùn)行系統(tǒng)”仍然有效。基于 COM Express Mini 或 Qseven 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工程師選擇了一個(gè)可靠的平臺(tái)，他們可以在未來很多年繼續(xù)使用這兩種外形尺寸。但是對(duì)于新系統(tǒng)設(shè)計(jì)有什么建議呢？那些系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮什么？這個(gè)問題沒有簡單的答案，需要市場洞察力才能做出正確的決定，所以讓我們先簡要回顧一下計(jì)算機(jī)模塊 （COM） 的歷史，以了解全貌。

DIMM-PC：第一個(gè)信用卡大小的模塊

信用卡大小的 x86 模塊的歷史比人們預(yù)期的要長，因?yàn)樵谛〕叽缵厔蓍_始之前就有了第一個(gè)變體。DIMM-PC 是第一個(gè)基于 x86 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化信用卡大小的外形尺寸，早在 1998 年就推出了。它的尺寸為 40 mm x 68 mm，基于 DIMM 內(nèi)存插槽，具有 144 個(gè)專用于 ISA 總線的引腳組合帶有額外的標(biāo)準(zhǔn)化 I/O，包括鍵盤、軟盤、IDE 磁盤、LPT 打印機(jī)端口、串行接口等。它為專用系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)化和可擴(kuò)展的核心。這種模塊化方法是新的，并建立了標(biāo)準(zhǔn)化 COM 市場，因?yàn)?DIMM-PC 成為這一新類別 x86 板的第一個(gè)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。

DIMM-PC 模塊板載沒有復(fù)雜的圖形（CRT 很常見），因?yàn)樵谀切┤兆永?，圖形最常見于專用芯片上，即使在低功耗設(shè)備中也是如此。因此，圖形必須設(shè)計(jì)在載板上。DIMM-PC 模塊配備了當(dāng)今領(lǐng)先的低功耗 x86 處理器，例如 40MHz 的 ALI 386SX、100MHz 的 STPC Elite 或 133MHz 的 AMD SC520。但處理器性能的提高導(dǎo)致 DIMM-PC 進(jìn)入死胡同，因?yàn)樘幚砥髯兊酶蟆?003 年推出的 Intel Pentium M 處理器和本世紀(jì)頭十年推出的大多數(shù) x86 處理器對(duì)于信用卡大小的模塊來說太大且耗電。新的信用卡大小的模塊再次推出需要幾年時(shí)間。

與此同時(shí)，PCI 和 PCI Express 等擴(kuò)展總線被引入，新的 COM 外形不斷發(fā)展。下一個(gè)可用的模塊標(biāo)準(zhǔn)是 2000 年的 ETX，支持 ISA 和 PCI。PICMG于2005年正式推出的COM Express增加了PCI Express。這兩種規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的尺寸都比當(dāng)時(shí)常見的處理器大得多。處理器技術(shù)的使用模型也在該時(shí)間段內(nèi)發(fā)生了變化。筆記本電腦、平板電腦和智能手機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，智能小型設(shè)備的長期趨勢由此誕生。由于這些設(shè)備同時(shí)使用處理器競爭對(duì)手 x86 和 ARM，因此有必要重新考慮為 COM 設(shè)計(jì)新的信用卡大小標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸的方式。

COM Express 迷你

COM Express Mini 外形尺寸在 2012 年被 PICMG 批準(zhǔn)為 COM Express Basic 和 COM Express Compact 外形尺寸的衍生產(chǎn)品，它沒有解決集成 ARM 處理器的需求，而是保留在 x86 生態(tài)系統(tǒng)中——但 Qseven 和 SMARC 做到了。 因此，如果您的目標(biāo)是基于 ARM 的設(shè)計(jì)或包含兩種處理器架構(gòu)的設(shè)計(jì)，建議您從您的選擇列表中刪除 COM Express Mini，因?yàn)?COM Express 根本不服務(wù)于該架構(gòu)。

相反，COM Express 提供了其他模塊外形所沒有的優(yōu)勢。自從 COM Express 于 2003 年作為 ETX Express 推出并于 2005 年被 PICMG 采用以來，它作為一個(gè)領(lǐng)先的模塊標(biāo)準(zhǔn)有著最悠久的歷史。因此，信用卡大小的 COM Express Mini 嵌入了歷史悠久的綜合 COM Express生態(tài)系統(tǒng)。得益于統(tǒng)一的連接器技術(shù)和設(shè)計(jì)指南，即使模塊尺寸的引腳在某些區(qū)域有所不同，開發(fā)人員也可以重復(fù)使用許多功能。COM Express Basic 和 Compact 提供 6 型引腳（現(xiàn)在為服務(wù)器提供 7 型），COM Express Mini 提供 COM Express 10 型引腳。然而，設(shè)計(jì)人員有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，他們可以利用它們?cè)?COM Express 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展他們的設(shè)計(jì)，從配備 Intel Atom 處理器的 Mini 模塊到用于服務(wù)器領(lǐng)域的 Intel Xeon D 處理器。由于引腳變化，存在一些限制，但其余部分 - 包括營銷方面，例如提供領(lǐng)先的 COM Express 標(biāo)準(zhǔn) - 是一致的。

COM Express Type 10 僅提供 220 個(gè)引腳這一事實(shí)略有限制。盡管如此，在 I/O 方面，它提供了完整的類似 PC 的功能集，包括 LVDS 和 DDI 圖形、千兆以太網(wǎng)、PCI Express 和用于通用擴(kuò)展的 USB，以及串行接口和 GPIO。最后，誰在一個(gè)設(shè)計(jì)中使用了所有不同的 I/O？總體而言，COM Express Mini 是一個(gè)成熟的選擇，但如果您的設(shè)計(jì)沒有與進(jìn)一步的 COM Express 設(shè)計(jì)相結(jié)合，那么 Qseven 和 SMARC 2.0 可能更有吸引力。那么 Qseven 與 SMARC 2.0 的區(qū)別是什么，反之亦然？

230 還是 314 引腳？

在連接器方面，Qseven 提供 230 個(gè)引腳，而 SMARC 2.0 提供 314 個(gè)引腳。SMARC 更面向功能豐富的多媒體應(yīng)用，而 Qseven 提供更多 I/O，這是深度嵌入式和工業(yè)領(lǐng)域的要求。所有其他好處都是可比的。與 COM Express 相比，這兩種標(biāo)準(zhǔn)都可以實(shí)現(xiàn)更纖薄的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈兊倪吘夁B接器是平的。兩者都有可靠的連接器供應(yīng)商，其中三個(gè)供應(yīng)商支持 Qseven 連接器，兩個(gè)供應(yīng)商支持 SMARC 2.0 連接器。

Qseven 和 SMARC 2.0 之間接口數(shù)量的差異在某種程度上也是一個(gè)價(jià)格指標(biāo)。Qseven 專為不太復(fù)雜的設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)，SMARC 專為需要信用卡大小模塊的高端應(yīng)用而設(shè)計(jì)。因此，一般而言，任何決定都取決于嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)。一旦了解了這種差異，您就可以查看首選模塊類別的專用接口，然后決定它是否適合，因?yàn)閺墓?yīng)商和市場份額的角度來看，今天的格局或多或少是平衡的。Technavio 等分析師的最新研究表明，在 2016 年至 2020 年的預(yù)測期內(nèi)，全球 COM 市場預(yù)計(jì)將以接近 18% 的復(fù)合年增長率增長，而 COM Express、SMARC 和 Qseven 目前是主要的外形因素。

Qseven 接口與 SMARC 2.0 接口

為了最終確定最適合 ARM 或 x86 低功耗處理器的小尺寸模塊標(biāo)準(zhǔn)，我們現(xiàn)在只需檢查接口（表 1）。

［表 1 | 通過 COM Express Mini、Qseven 2.1 和 SMARC 2.0 連接器的本地 I/O］

如上所述，Qseven 非常適合工業(yè)和深度嵌入式設(shè)計(jì)。為此，它通過多達(dá) 2 個(gè) USB 3.0、8 個(gè) USB 2.0 以及多達(dá) 4 個(gè)串行接口或 CAN 總線提供出色的工業(yè)外圍設(shè)備支持。此外，最多可以通過模塊上的扁平箔連接器連接兩個(gè) MIPI CSI 相機(jī)。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)連接，它還具有一個(gè)千兆以太網(wǎng)端口。至于顯示器支持，Qseven 模塊最多可驅(qū)動(dòng)三個(gè)獨(dú)立顯示器。

SMARC 2.0 模塊提供幾乎相同的整體功能集，但將 I/O 數(shù)量更多地平衡到數(shù)字標(biāo)牌、自動(dòng)售貨機(jī)和信息娛樂等市場的多媒體應(yīng)用。與 Qseven 相比，SMARC 最多支持四個(gè)獨(dú)立顯示器。此外，音頻通過高清音頻和 I2S 并行擴(kuò)展，這在許多手持消費(fèi)設(shè)備中很常見。與 Qseven 相比，相機(jī)輸入是通過連接器執(zhí)行的。

SMARC 2.0 提供的一項(xiàng)獨(dú)特功能是對(duì)模塊本身的無線技術(shù)的支持。為此，規(guī)范在模塊上保留了一個(gè)專門用于放置微型射頻連接器的特殊區(qū)域。所有具有無線功能的 SMARC 2.0 模塊都將這些連接器置于相同位置，以確保一致的互換性。理想情況下，WLAN 和藍(lán)牙等邏輯設(shè)備的連接以模塊化方式集成，并符合 M.2 1216 接口規(guī)范。這允許廣泛選擇無線電協(xié)議，從而使最終用戶應(yīng)用程序的定制具有高度靈活性。

此外，SMARC 2.0 還支持 2x 千兆以太網(wǎng)，這對(duì)于連接的應(yīng)用程序來說是一個(gè)特別的優(yōu)勢，因?yàn)樗С诌壿嫼桶踩矫嫱耆蛛x的兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，或者節(jié)省電纜的線路甚至冗余環(huán)形拓?fù)?。例如，如果您想在火車、公共汽車和飛機(jī)中使用功能強(qiáng)大的信息娛樂和流媒體網(wǎng)關(guān)，您可以使用 SMARC 以信用卡格式將所有必需的組件預(yù)先集成在單個(gè)模塊上。

結(jié)論

確定最佳信用卡大小的外形尺寸是設(shè)計(jì)評(píng)估過程中所有新連接的堅(jiān)固型移動(dòng)設(shè)備、車載系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)以及瘦客戶端直至迷你邊緣和云服務(wù)器的重要步驟。所有三個(gè)最新的信用卡大小的模塊標(biāo)準(zhǔn)都提供了獨(dú)特的優(yōu)勢——您可以決定哪種優(yōu)勢最適合您的設(shè)計(jì)。

同樣重要的是選擇正確的模塊供應(yīng)商。在這里，有必要找出那些可以最大程度和盡可能高效地簡化這些嵌入式模塊使用的模塊。這方面的一個(gè)指標(biāo)是，它們應(yīng)該提供所有外形尺寸，而不僅僅是一些外形尺寸，因?yàn)樗梢詾槟峁└玫淖稍円约皬囊环N外形尺寸遷移到另一種外形尺寸的更好選擇。此外，請(qǐng)查看 BSP、固件和通信中間件，因?yàn)樗鼈冊(cè)诨ヂ?lián)世界中變得越來越重要。

這并不意味著供應(yīng)商應(yīng)該用整個(gè)系統(tǒng)的云來補(bǔ)充其產(chǎn)品，因?yàn)樗肋h(yuǎn)不會(huì)完全滿足客戶的需求。更重要的是仔細(xì)查看電路板和模塊級(jí)別本身提供的內(nèi)容。例如，板管理控制器是專有的嗎？然后小心，因?yàn)樗赡鼙蛔C明是一個(gè)死胡同。最好選擇開放的、非專有的 API，因?yàn)殚_放性和標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)有工程工作最有效和最簡化重用的基礎(chǔ)。還要檢查是否為 ARM 和 x86 提供了集成支持，因?yàn)樽詈米屢幻こ處熤С纸y(tǒng)一產(chǎn)品系列的兩種架構(gòu)，而不是讓兩名不同的工程師擁有兩條不同的產(chǎn)品線。這也需要統(tǒng)一的 API。

最后，檢查文檔。最好有更多的內(nèi)容頁面，而不是只有最低限度的內(nèi)容。還要考慮在您或您的客戶所在的任何地方依賴當(dāng)?shù)氐闹圃炷芰?。這將允許您或您的客戶在當(dāng)?shù)刭徺I，還可以幫助解決潛在的政府貿(mào)易限制。

Qseven 和 SMARC 2.0 之間的主要區(qū)別在于接口的數(shù)量，它將應(yīng)用領(lǐng)域劃分為更深入的 Qseven 嵌入式應(yīng)用和更專注于 SMARC 2.0 的多媒體設(shè)計(jì)。

【圖1 | Intel Atom、Celeron 和 Pentium 處理器可用于 SMARC 2.0、Qseven、COM Express Mini 模塊甚至 COM Express Compact 模塊。］

各種信用卡大小的模塊的占用空間僅略有不同。

審核編輯：郭婷