Conga-SMX8 Модули SMARC

Основные статьи:

• Виртуализация. Классификация и области применения
• Что такое интернет вещей (Internet of Things, IoT)
• Центральный процессор
• SMARC - спецификация универсального компьютерного модуля малогабаритного форм-фактора

2021

Платформа компьютера-на-модуле SMARC с расширением в виде модуля видеокамеры на базе PCIe

5 октября 2021 года компании congatec и MATRIX VISION представили платформу компьютера-на-модуле (Computer-on-Module, COM) SMARC с расширением в виде модуля видеокамеры на основе компьютерной шины PCI Express (PCIe). Без дополнительных накладных расходов и необходимости в дополнительных интерфейсах, таких как GbE, USB или MIPI CSI, данные изображения записываются непосредственно в ОЗУ модуля SMARC, причем это происходит практически без задержки и с большей пропускной способностью.

congatec представила технологию машинного зрения на базе PCIe

Как сообщалось, модули видеокамер Sony Pregius на базе сенсоров MATRIX VISION передают данные изображения со скоростью до 226,5 кадров в секунду (FPS) и с разрешением 1,6 мегапикселя в модуль SMARC компании congatec, который выполнен на базе процессора Intel Atom. Такая скоростная передача обеспечивает точный режим реального времени с тактовой частотой, имеющей период примерно равный четырем миллисекундам. Такая синхронизация также подходит для команд исполнительным механизмам, передающихся через сеть Ethernet на основе времячувствиельной сети (Time Sensitive Networking, TSN), которая обеспечивает точное реальное время с тактовой частотой, имеющей период менее одной миллисекунды. Типичные варианты использования представляемого решения можно найти в приложениях промышленного машинного зрения в производстве электроники и полупроводников, в автомобилестроении, производстве продуктов питания и напитков, фармацевтике, упаковке и печати. Другие целевые рынки включают в себя здравоохранение, интеллектуальные транспортные системы (ИТС), а также системы безопасности и наблюдения в аэропортах.

Реализации камер на базе компьютерной шины PCIe предназначены для приложений машинного зрения в реальном времени со малой задержкой. Во-первых, и это одна из причин заключается в том, что в отличие от GbE, USB или MIPI в таком решении нет дополнительных накладных расходов. Во-вторых, интерфейс всегда изначально поддерживается процессором, что не всегда происходит с GbE, USB или MIPI. объяснил Мартин Данцер (Martin Danzer), директор по управлению продуктами в компании congatec

Возможность использовать несколько линий параллельно делает производительность PCIe хорошо масштабируемой для многокамерных системных решений, сохраняя при этом низкие общие системные затраты. PCIe также обеспечивает инвестиционную безопасность в будущем, поскольку эта шина неразрывно связана с шиной процессора x86. рассказал Уве Хагмайер (Uwe Hagmaier), руководитель отдела исследований и разработок компании MATRIX VISION

В Штутгарте будет проведена натурная демонстрация решения, которая продемонстрирует работу с четырьмя модулями камеры. Она будет проведена для модулей SMARC с процессорами Intel Atom, Intel Pentium и Intel Celeron (кодовые названия Elkhart Lake и Apollo Lake). Также доступны варианты с модулями SMARC на базе процессора NXP i.MX8 M Plus. В семействе модулей камеры MATRIX VISION mvBlueNAOS используются датчики кадрового фотозатвор из серий Sony Pregius и Pregius S. Обеспечивая надлежащее качество изображения, малые размеры пикселей и скорость передачи, они подходят для этой платформы камеры. Широкий спектр процессорных архитектур доступных в SMARC поддерживается mvIMPACT Acquire SDK. Производитель GenICam GenTL обеспечивает совместимость с существующими разработками и плавное переключение между различными аппаратными платформами. Также доступны дополнительные пакеты для LabVIEW, DirectShow, VisionPro и Halcon.

Разработчики, заинтересованные в оценке видеокарт PCIe семейства mvBlueNAOS в сочетании с модулями congatec SMARC на базе процессоров Intel Atom, Intel Pentium и Intel Celeron, а также процессорами NXP i.MX8 M Plus, могут выбирать между шестью различными моделями камер с различными разрешениями - от 1,6 МП (1456 x 1088) до 24,6 МП (5328 x 4608) и частоты - кадров от 226,5 до 24,1 кадра в секунду.

Стартовый набор для приложений встраиваемого машинного зрения на базе conga-SMX8-Plus с процессором i.MX 8M Plus

8 июня 2021 года компания congatec сообщила о расширении своей экосистемы i.MX 8 стартовым набором для приложений встраиваемого интеллектуального машинного зрения с ускорением искусственного интеллекта(ИИ).

Стартовый набор для приложений встраиваемого машинного зрения с ускорением ИИ

По информации компании, основанный на компьютере-на-модуле (Computer-on-Module, COM) SMARC с процессором i.MX 8M Plus, это решение является подходящим вариантом стартового набора для использования интегрированного в процессор компании NXP нейронного процессора (Neural Processing Unit, NPU). Обеспечивая производительность до 2,3 TOPS (TOPS - триллионов операций в секунду) для искусственного интеллекта на основе глубокого обучения, он может запускать механизмы вывода и библиотеки, такие как нейронная сеть Arm Neural Network и TensorFlow Lite. Комплект также интегрируется с программным обеспечением для встраиваемого машинного зрения компании Basler, предоставляя OEM-производителям для разработки встраиваемых систем технического зрения следующего поколения с ускорением на основе искусственного интеллекта рабочую платформу уже готовых приложений. Типичные применения этого решения самые разнообразные - от чувствительных к стоимости автоматических кассовых терминалов в розничной торговле до систем безопасности зданий, и от систем видеонаблюдения для навигации до систем наблюдения в автобусах. Сценарии промышленного использования включают в себя выполненные на основе зрения человеко-машинные интерфейсы с идентификацией пользователя и управлением машинами на основе жестов, а также робототехнику с поддержкой машинного зрения и системы промышленного для визуального контроля качества.

Выделенный блок для обработки нейронных алгоритмов, поддерживаемый программными решениями ИИ с открытым исходным кодом, такими как TensorFlow, является ускорителем эффективности для многих систем на основе машинного зрения. Когда все сказанное интегрировано в виде уже полностью готовой к применению, проверенной аппаратным и программным обеспечением платформы, включая программное обеспечение pylon Camera Software Suite компании Basler, это позволяет разработчикам быстро разрабатывать приложения для интеллектуального машинного зрения с ускорением NPU. объяснил Мартин Данцер (Martin Danzer), директор по управлению продуктами в компании congatec

Пакет программного обеспечения для камер компании Basler pylon Camera Software Suite включает в себя унифицированный SDK для BCON для камер видеонаблюдения MIPI, USB3 и GigE, а также обеспечивает доступ к камерам непосредственно из исходного кода, графического интерфейса или программного обеспечения сторонних производителей. Средство просмотра, встроенное в pylon Camera Software Suite подходит для оценки камеры. Благодаря интеграции pylon Camera Software Suite в стартовый набор для приложений ускоренного машинного зрения с искусственным интеллектом i.MX 8M Plus компании congatec, инженеры получают доступ к важным функциям машинного зрения с поддержкой искусственного интеллекта. Среди них запуск, индивидуальный захват изображений и различные варианты конфигурации камеры, а также доступ к настраиваемым выводам и алгоритмы на основе экосистемы Arm Neural Network и TensorFlow Lite.

Стартовый набор для приложений машинного зрения с ускоренным ИИ включает в себя всю экосистему, необходимую разработчикам, чтобы немедленно приступить к разработке приложений на основе этой платформы следующего поколения, которая предлагает машинное зрение и его интеграцию с ИИ. В основе набора лежит SMARC 2.1 компьютер на модуле conga-SMX8-Plus. Для ускорения алгоритмов глубокого обучения он оснащен четырьмя ядрами Arm Cortex-A53, одним контроллером Arm Cortex-M72 и NXP NPU и поставляется с пассивным охлаждением. 3,5-дюймовая несущая плата conga-SMC1 / SMARC-ARM напрямую соединяет 13-мегапиксельную камеру Basler dart daA4200-30mci BCON для камеры MIPI с объективом F1.8 f4mm через MIPI CSI-2.0 без каких-либо дополнительных модулей преобразователя. Наряду с MIPI CSI-2.0 также поддерживаются камеры машинного зрения с подключением через USB и GigE. Что касается программного обеспечения, то компания congatec предоставляет загрузочную SD-карту с уже предварительно настроенным загрузчиком, образом ОС Yocto с соответствующими BSP и уже оптимизированным для процессора с встроенным программным обеспечением машинного зрения от компании Basler, позволяет системе обучаться логическому выводу ИИ на основе захваченных изображений и видеопоследовательностей.

Сonga-SMX8-Plus

2 марта 2021 года компания congatec, поставщик технологий для встраиваемых и периферийных вычислений, представила свой компьютер-на-модуле с малым собственным потреблением энергии, выполненным согласно спецификации SMARC 2.1 и оснащенным процессором i.MX 8M Plus от компании NXP - первым представителем семейства i.MX с интегрированным нейронным процессором (neural processing unit, NPU) разработанным для современных периферийных промышленных приложений и устройств Интернета вещей (IoT), работающих на основе машинного обучения.

Conga SMX8 Plus

По информации компании, данный модуль компании congatec ориентирован на средства промышленной периферийной аналитики, встроенного машинного зрения и систем искусственного интеллекта (ИИ). Благодаря возможностям машинного зрения и глубокого обучения модуль conga-SMX8-Plus с низким энергопотреблением позволяет промышленным встраиваемым системам видеть и анализировать свое окружение для целей ситуационной осведомленности, визуального осмотра и контроля продукции, идентификации, наблюдения и отслеживания, а также для бесконтактной работы с машинами на основе жестов и использования систем дополненной реальности.

Технические особенности платформы четырехъядерного процессора на базе ARM Cortex-A53 от компании NXP включают в себя интегрированный блок нейронной обработки (NPU) для вычислительной мощности уровня ИИ и специализированный цифровой сигнальный процессор, используемый для обработки изображений (image signal processor, ISP), предназначенный для параллельной обработки изображений с надлежащем разрешением и видеопотоков из двух встроенных интерфейсов камеры MIPI-CSI. Обширная экосистема этого модуля SMARC, такая как уже полностью готовые к применению 3,5-дюймовые несущие платы, а также поддержка видеокамер Basler и программных стеков искусственного интеллекта, упрощает запуск продукта для быстрой проверки концепции его конечного решения. Вертикальные рынки для этих модулей размером с кредитную карту с низким собственным энергопотреблением и искусственным интеллектом можно найти, буквально, где угодно - от умного сельского хозяйства и промышленного производства и до розничной торговли, от транспорта, до умных городов и умных зданий.

Модуль SMARC от компании congatec, выполненный на базе процессора i.MX 8M Plus от компании NXP, дополнительно оснащенный различными специализированными процессорами, обеспечивает быстрореагирующие встроенные приложения машинного зрения и искусственного интеллекта с низким энергопотреблением. Возможности модулей от компании congatec включают в себя:

• Нейронный процессор (NPU) добавляет 2.3 TOPS (тера-операций в секунду) выделенной вычислительной мощности ИИ для четырех мощных многоцелевых процессорных ядер ARM Cortex-A53.
• Интегрированный для оптимизации качества видео цифровой сигнальный процессор, используемый для обработки изображений (ISP) обрабатывает до трех видеопотоков в формате Full HD с частотой обновления экрана до 60 кадров в секунду.
• Цифровой сигнальный процессор (DSP) обеспечивает локальное распознавание речи без подключения к облаку.
• Cortex-M7 – это на март 2021 года наиболее производительная платформа среди всех ядер Cortex-Mx, кроме своей основной функции она также может использоваться в качестве отказоустойчивого устройства, обеспечивает управление в реальном времени вместе с сетевым портом Ethernet с синхронизацией по времени.
• И наконец - это модуль криптографического ускорителя CAAM для аппаратного ускорения шифрования на основе электрических кривых (Elliptic-curve cryptography, ECC) и аппаратное хранилище для ключей RSA. Кроме того, используется технология Arm TrustZone, которая представляет собой защищенную область, функционирующую отдельно от всего остального, и которая для предотвращения несанкционированного выполнения программное обеспечение во время загрузки интегрирует контроллер домена ресурсов (Resource Domain Controller, RDC) для изолированного выполнения критически важного программного обеспечения и безопасный режим загрузки (High Assurance Boot).

Модули SMARC 2.1 для приложений машинного зрения и искусственного интеллекта оснащены четырьмя различными четырехъядерными процессорами i.MX 8M Plus от компании NXP на базе ARM Cortex-A53 имеют версии как для индустриального (от 0 °C до + 60 °C), так и расширенного (от -40 °C до + 85 °C) температурного диапазона, а также встроенный ECC для памяти LPDDR4 объемом до 6 ГБ. Модули могут управлять до трех независимых дисплеев и обеспечивать аппаратное ускорение декодирования и кодирования видео, включая H.265, так что потоки с камеры надлежащего разрешения, передаваемые двумя интегрированными интерфейсами MIPI-CSI, могут быть отправлены непосредственно в сеть. Для хранения данных инженеры найдут на плате до 128 ГБ встраиваемой энергонезависимой памяти eMMC, которая также может работать в безопасном режиме pSLC. Периферийные интерфейсы включают 1x PCIe Gen 3, 2x USB 3.0, 3x USB 2.0, 4x UART, а также 2x CAN FD и 14x GPIO. Для работы в сети в реальном времени модуль предлагает один порт Gigabit Ethernet с поддержкой TSN плюс обычный Gigabit Ethernet. Дополнительная карта M.2 Wi-Fi и Bluetooth LE, припаянная к модулю, добавляет возможности беспроводной связи. дополняют набор функций 2x I2S для передачи аудио. Поддерживаемые операционные системы включают Linux, Yocto 2.0 и Android.

2019: Conga-SMX8-Nano с процессором i.MX 8M Nano

3 декабря 2019 года компания congatec представила компьютерный модуль SMARC 2.0 с процессором i.MX 8M Nano компании NXP Semiconductors, который также оснащен ядрами Cortex-A53. Модуль Conga-SMX8-Nano определяет класс нижнего ценового сегмента для SMARC модулей. Благодаря высоким графическим возможностям наряду с низким энергопотреблением и ограниченному, но тщательно отобранному числу портов входа / выхода (I/O) процессор NXP i.MX 8M Nano, совместимый NXP i.MX 8M Mini, предназначен для областей применения с ограниченным финансовым бюджетом и подходит для - независимого от производителя, стандартизированных компьютеров на модулях (Computer-on-Module, CoM). Исходя из самой логики мобильного портативного устройства здесь требуется устройство с потреблением не более 2 Вт мощности. Имея такое предложение, инженеры-разработчики конечного приложения также могут превратить сложный, например, медицинский пользовательский интерфейс с различными механическими кнопками в интуитивно понятный сенсорный и простой в использовании графический интерфейс или предоставить устройствам индустриального применения интерактивный экран, для которого раньше это было бы просто слишком дорогое удовольствие. Все это, и даже системам без пользовательского интерфейса (так называемые «headless system», буквально - безголовые системы, компьютера без клавиатуры и мыши) с поддержкой протокола IEEE 1588 Precision Time Protocol (протокол точного времени) для тактильного IIoT (Индустриальный Интернет вещей), возможно и при минимальных затратах в части энергопитания, и при скромном бюджете, утверждают в congatec.

Как отметили в congatec, благодаря обширной экосистеме компьютеров на модулях по спецификации SMARC, инженеры получают выгоду от гораздо более совершенных и готовых к использованию компонентов, стандартизированных API и комплексных BSP. Другим важным плюсом является их широкая масштабируемость, выходящая далеко за пределы совместимости выводов вариантов NXP i.MX 8M Nano и Mini. Типичные области применения представленных модулей - это графические интерфейсы для периферийных устройств, которые, при необходимости, могут также включать голосовую помощь и голосовое управление. Вертикальные рынки включают в себя беспроводное и сетевое медицинское и индустриальное оборудование, а также бытовую технику и электронику, цифровые рекламные вывески и мобильные или наружные устройства, в том числе инфраструктуру умного города, такую как табличные табло с малым форм-фактором или платформы без пользовательского интерфейса для пограничных шлюзов в умных городах, таких как а также электронная зарядка и краткосрочная аренда средств передвижения с возможностью окончания поездки в удобных для пользователя точках и местах.

«Готовность и широкая масштабируемость приложений - это те два основных решающих фактора, по которым инженеры могут перейти на компьютеры с модулем ARM. Они хотят быстро выйти на рынок, сэкономить затраты на одноразовое выполнение исследовательских и конструкторских работ и оптимально сбалансировать соотношение цены и производительности для своих недорогих семейств продуктов с большими объемами выпуска. С компьютерами на модулях по спецификации SMARC компания congatec предлагает всё это в уже полностью готовом для применения виде. Они могут масштабировать платформы, готовые к приложениям, во всем портфеле процессоров i.MX 8, а также и за его пределами, в направлении самых разнообразных процессоров приложений с низким энергопотреблением. Это аппаратно-независимое преимущество с присущей ему долговременной доступностью является еще одной важной причиной, по которой инженеры склоняются к использованию в своих конечных приложениях процессоров архитектуры ARM, и все больше полагаются на проверенные принципы проектирования стандартизированных модулей «Компьютер на модулях», отметил Мартин Данцер (Martin Danzer), директор по управлению продуктами в компании congatec

Согласно заявлению производителя, компьютеры на модулях по спецификации SMARC, выполненные на базе процессоров i.MX 8M Nano компании NXP представляют собой уже полностью готовые к работе подсистемы, которые поставляются с комплексной экосистемой, включающей готовую реализацию загрузчика (boot loader), предварительно квалифицированные BSP для Linux, Yocto и Android и полнофункциональные платы носителей для возможности их оценки в тех или иных приложениях. Поддержка персональной интеграции от компании congatec и широкий спектр индивидуально выбираемых технических услуг упрощают интеграцию предлагаемого модуля, выполненного на базе ARM процессора компании NXP, для клиентов компании congatec.

Со слов производителя, компьютерные модули conga-SMX8-Nano SMARC с процессором i-MX 8M Nano компании NXP предназначены для приложений, требующих сверхнизкого энергопотребления и чувствительных к стоимости графических интерфейсов, а также для индустриальных устройств управления без пользовательского интерфейса, включая поддержку протокола точного времени IEEE 1588 для тактильного IIoT. По данным на декабрь 2019 года они доступны в трех вариантах с четырехъядерным, двухъядерным или одноядерным процессором архитектуры ARM Cortex-A53, каждый вариант сопровождается одним ядром Cortex-M7. Каждая версия доступна для расширенного (от 0 °C до + 60 °C) и индустриального (от -40 ° C до + 85 ° C) температурного диапазона. Опциональный, интегрированный в процессор графический процессор GC7000UltraLite 3D поддерживает два шейдеры, а также спецификации OpenGL, OpenCL и Vulkan. Встроенные дисплеи могут быть подключены через двухканальный порт LVDS, eDP или MIPI-DSI. Необходимый большой объем памяти модуля обеспечивается за счет LPDDR4 до 2 ГБ с низким энергопотреблением и энергонезависимой памятью eMMC 5.1 объемом до 128 ГБ. Встраиваемые камеры подключаются через интерфейс MIPI-CSI-2, в то время как четыре USB 2.0 и три UART являются современными интерфейсами необходимыми для индустриальных приложений. Для межсистемного подключения модуль предлагает один порт Gigabit Ethernet, а также дополнительное расширение M2 Wi-Fi / Bluetooth.

2018: Conga-SMX8 на базе 64-разрядного ARM-процессора i.MX8

31 июля 2018 года компания congatec анонсировала SMARC 2.0-модуль conga-SMX8, выполненный на базе 64-разрядного многоядерного ARM-процессора семейства i.MX8, производства компании NXP.

conga-SMX8 Модуль SMARC 2.0

По информации компании, модули conga-SMX8 на основе ARM ядра Cortex-A53/A72 представляют собой флагман для встраиваемых компьютерных плат с низким энергопотреблением, предлагая очередной ARM процессор, отличающийся высокой производительностью, гибкой графикой и встроенными функциями, который будет подходящим решением для всех видов приложений индустриального Интернета вещей (Industrial Internet of Things, IIoT). Предлагаемые компьютерные модули обеспечивают высокопроизводительные многоядерные вычисления, а также расширенные графические возможности для трех независимых дисплеев разрешением 080p или одного экрана с разрешением 4K.

Дополнительные преимущества этой платформы индустриального уровня включают в себя аппаратную поддержку в режиме реального времени и гипервизор, а также широкую масштабируемость и кроме того устойчивость функционирования в жестких условиях окружающей и расширенный диапазон рабочих температур. Все эти функции позиционируют модули SMARC 2.0, как соответствующие требованиям по характеристикам в части производительности и функциональности для встраиваемых промышленных и IoT-приложений с низким энергопотреблением, а также для сектора рынка мобильных устройств.

Также сообщалось, что модули SMARC 2.0 с процессорами i.MX8 компании NXP, с их аппаратной виртуализацией и распределением вычислительных ресурсов представляют интерес для широкого спектра стационарных и мобильных промышленных приложений, в том числе в области робототехники, требующей управления в режиме реального времени, и систем управления движением. Поскольку модули рассчитаны на расширенный диапазон рабочих температур окружающей среды, от минус 40 °C до 85 °C, то их также можно использовать в системах различных автомобилей коммерческого назначения или в информационно-развлекательных приложениях в салонах легковых автомобилей, автобусах и поездах, а также они могут с успехом использоваться для систем всех электрических и автономных (беспилотных) транспортных средств.

Модули conga-SMX8 имеют до восьми процессорных ядер (2x A72 + 4x A53 + 2x M4F), до 8 Гбайт LPDDR4 MLC или псевдо-SLC памяти, а также до 64 Гбайт энергонезависимой памяти на модуль. Расширенный набор интерфейсов включает в себя два GbE, включая опциональную согласно требованиям протокола IEEE1588, синхронизацию часов по компьютерной сети, до шести портов USB, включая 1x USB 3.1, а кроме того - до 2x PCIe Gen 3.0, 1x SATA 3.0, 2x CAN-шину, 4x UART. Также доступен дополнительный встроенный Wi-Fi/Bluetooth модуль с Wi-Fi 802.11 b/g/n и BLE. Через HDMI 2.0 с HDCP 2.2, 2x LVDS и 1x eDP 1.4 к модулю можно подключать до трех дисплеев. Что касается видеокамер то предлагаемые модули поддерживают дваx видеовхода MIPI CSI-2. Модули SMARC 2.0 на базе процессоров i.MX8 от компании NXP, поставляются в виде завершенных суперкомплектов, уже полностью готовых к интеграции в приложения, включая загрузчик Uboot и комплектные пакеты поддержки плат на ОС Linux, Yocto и Android.

По словам представителей компании, поскольку компания congatec является участником программы раннего доступа к продуктам компании NXP, модули congatec SMARC будут доступны в серийном производстве одновременно с началом выпуска очередногосемейства процессоров i.MX8, который планируется к концу 2018 года.