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工程师说 | 自制硬件还是外购SOM和SBC系统方案?如何选择才能加快产品设计周期

2023/09/15
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Frank Urbe,Senior Manager, SST EMEA

使用模组系统(SOM)或单板计算机(SBC)的主要好处是可以充分利用您有限的研发资源,基于现成的SOM和SBC搭建快速响应的解决方案。详细了解即用型SOM和SBC的优势,以了解这些优势如何帮助您加快开发周期。

近年来,自制或外购、快速上市、可扩展性和成本优化等术语是客户经常探讨的话题。客户在提及这些词汇时,通常是在谈论或考虑“计算机模块的购买方案”。在深入了解这些详细信息之前,我们可以先了解一些定义

定义

单板计算机(Single Board Computer,SBC)是构建在单个印刷电路板上的完整计算机,包含时钟、微处理器、RAM、闪存以太网和I/O控制器

模组计算机(Computer-On-Module,COM)又称“模组系统”(System-On-Module,SOM),通常没有可以直接连接外围设备的I/O插座。必须将它们插入主板(通常称为扩展板或基板)中,才能形成连接外部的I/O路径。

使用SBS或SOM这种方式非常普遍,因为这样可以让终端客户(例如,POS、工厂自动化、医疗)专注于发挥自身的核心竞争力,例如:

● 定制专门的I/O的基板

● 设计扩展卡(例如,基板上M.2外形尺寸)

● 优化个性化应用软件

外形尺寸

说起来容易,但是决定成败的往往是细节。虽然SBC由应用程序本身驱动,但客户会根据所选配件SOM的要求制定解决方案,而SOM在几种情况下其外形会有所不同。本节将简要介绍一些缩略词和主要外形尺寸。

主要的外形尺寸由SGET定义。SGET主要关注的是Arm架构,因此我们正在仔细研究SGET的举措。

SGET(嵌入式技术标准化组织)

嵌入式技术标准化组织(简称SGET)是一个由公司和组织组成的国际非营利性协会,旨在共同开发嵌入式计算机技术的独立规范。SGET e.V.是根据德国法律成立的注册技术、科学和教育协会。其目的是提供一个平台来定义和推广嵌入式技术的行业公开标准

SGET目标:

● 提供一个平台,推广低成本、高性能嵌入式技术的行业规范

● 真正面向全球,而不仅限于欧洲

● 定义市场行业标准,摈弃官僚主义

● 所有规范均可无限制地免费访问和下载

● 覆盖面广的开放型组织

● 嵌入式技术(硬件、软件、系统、接口、机制等)的独立规范/工作组

从2021年起,瑞萨电子一直是SGET e.V.的成员。很重要的一点是,瑞萨电子和SGET共享我们在MPU设计方面的经验以及如何从现场获得所需反馈意见的经验。

SGET成员https://sget.org/about-sget/members/

SGET行业公开标准 https://sget.org/standards/

SMARC“智能移动架构”

SMARC®(“智能移动架构”)是一款多功能小型计算机模块,适用于需要低功耗、低成本和高性能的应用场景。

该模块使用的Arm SOC通常与许多常用设备(如平板电脑智能手机)中使用的Arm SOC相似或者相同。

该模块目前有两种尺寸:

82mm×50mm和82mm×80mm。

● 模块PCB有14个金手指引脚,引脚间距为0.5mm,采用可插拔的连接器接口

● 第三种规格也正在讨论中

最新的规格是2.1,且目前SGET正在开发一种更小的新外形尺寸。

图1:对比全尺寸和半尺寸SMARC模块

OSM(Open Standard Modules™)

Open Standard Modules™的全部理念都是为小尺寸、低成本嵌入式计算机模块创建一套面向未来的多元化

全新标准,使其具备以下关键特征:

● 焊接、组装和测试过程中的工作完全可由机器处理

● 具备各种可能的PCB封装形式,可直接焊接,无需连接器

● 预定义的软接口和硬件接口

● 软硬件开放源码

Open Standard Module™(OSM)规格可用于为最流行的MCU32、Arm甚至X86架构的开发、生产和分布式嵌入式模块。面对越来越丰富的物联网应用场景,该标准有助于客户利用模块化嵌入式计算的优势,满足其在成本、空间和接口方面越来越高的要求。该标准还支持不同的外形尺寸(例如SMARC和专属外形尺寸),并帮助开发人员轻松扩展其开发规模。

图2:基于OSM标准的外形尺寸变化

专属外形尺寸

客户所用的大多数模块仍然采用专属的外形尺寸。甚至OEM客户也在自己开发和生产计算机模块,目的是将硬件处理单元与应用程序分开,并将开发团队分成两个不同的工作组。专属解决方案可让客户更加专注于专用的SOC但不错失SOC的任何功能,或者专注于产品特性,通过应用或聚焦一个主要功能特点是常见的实现手段,比如缩小尺寸)。

为客户带来的好处

使用SOM或SBC的主要好处是不依赖于客户自身现有的资源和专有知识。客户采购SOM或SBC时,不需要具备MPU设计知识,因为该任务已经外包给MPU专家。快速互连、高速信号连接和配套芯片选型方面的难题迎刃而解。

瑞萨电子提供两项合作伙伴计划来支持您的产品开发。“RZ合作伙伴生态系统计划”提供基于RZ MPU的即用型合作伙伴解决方案,助力您加快电路板的开发。另一方面,“首选合作伙伴计划”是一个围绕硬件打造的合作伙伴计划:由我们的合作伙伴提供基于瑞萨RZ系列MPU以及瑞萨模拟器件、传感器和连接技术的即用型硬件解决方案(包括BSP)。借助这两项合作伙伴计划,客户就可以减少在硬件方面的工作,将更多精力放在“如何让产品实现差异化”上面。两项合作伙伴计划都可以面向消费解决方案以及各种工业应用场景(包括医疗设备在内)提供解决方案和硬件。

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(RENESAS)于2003年4月1日—由日立制作所半导体部门和三菱电机半导体部门合并成立。RENESAS结合了日立与三菱在半导体领域方面的先进技术和丰富经验,是无线网络、汽车、消费与工业市场设计制造嵌入式半导体的全球领先供应商。创立日期2003年4月1日公司法人董事长&CEO伊藤达业务范围单片机逻辑模拟等的系统LSI、分立半导体元件、SRAM等的存储器开发、设计、制造、销售、服务的提供。集团成员44家公司(日本20家,日本以外24家)年度销售额2006财年(截止至2007年3月):9526亿日元(约83亿美元)从业人员:26000人(全世界20个国家、43家公司)瑞萨科技是世界十大半导体芯片供应商之一,在很多诸如移动通信、汽车电子和PC/AV 等领域获得了全球最高市场份额。瑞萨集成电路设计(北京)有限公司苏州分公司(RDB-SU)是瑞萨科技全资子公司,2004年1月成立以来,现已拥有150多名优秀工程师,承担着家电和汽车电子领域MCU的一系列设计工作,并在2006年4月开始开发面向中国市场的MCU。

(RENESAS)于2003年4月1日—由日立制作所半导体部门和三菱电机半导体部门合并成立。RENESAS结合了日立与三菱在半导体领域方面的先进技术和丰富经验,是无线网络、汽车、消费与工业市场设计制造嵌入式半导体的全球领先供应商。创立日期2003年4月1日公司法人董事长&CEO伊藤达业务范围单片机逻辑模拟等的系统LSI、分立半导体元件、SRAM等的存储器开发、设计、制造、销售、服务的提供。集团成员44家公司(日本20家,日本以外24家)年度销售额2006财年(截止至2007年3月):9526亿日元(约83亿美元)从业人员:26000人(全世界20个国家、43家公司)瑞萨科技是世界十大半导体芯片供应商之一,在很多诸如移动通信、汽车电子和PC/AV 等领域获得了全球最高市场份额。瑞萨集成电路设计(北京)有限公司苏州分公司(RDB-SU)是瑞萨科技全资子公司,2004年1月成立以来,现已拥有150多名优秀工程师,承担着家电和汽车电子领域MCU的一系列设计工作,并在2006年4月开始开发面向中国市场的MCU。收起

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