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i.MX 8X-Prozessor auf SMARC 2.0- und Qseven-Modulen: Ausgabe 03/2019, 21.02.2019

Klein aber oho

Der i.MX 8-Prozessor von NXP kommt in seiner 8X-Variante extrem energiesparend, robust und mit hoher funktionaler Sicherheit daher. congatec bietet ihn ab sofort auf SMARC 2.0 und Qseven an. Solche Module bieten ARM-Entwicklern bei steigender Komplexität eine höhere Designsicherheit und einfachere Implementierung des Processing Cores.

Autor: Martin Danzer und Daniel Gunter

Bilder: congatec

Als Flaggschiffprozessor ist der neue i.MX 8-Prozessor von NXP seit längerem im Blickfeld der Embedded-Entwickler. Er ist der leistungsfähigste der gesamten i.MX 8-Familie. Die neue i.MX 8X-Prozessorfamilie erweitert das skalierbare Spektrum der i.MX 8-Serie um eine besonders energiesparende und robuste Prozessorvariante mit 2- bis 4-ARM-Cortex- A35-Prozessor-Cores, die optional sogar SIL3 zertifizierbar ist. Anwendungen für diese neue, besonders robuste und energiesparende 8X-Variante finden sich deshalb unter anderem in den industriellen Geräten, Maschinen und Anlagen, in denen eine hohe funktionale Sicherheit gewährleistet werden muss.

Effizienteste ARM-Cores integriert
Gleichzeitig sind diese neuen 8X-Prozessoren, welche die effizientesten ARM Cores integrieren die ARM je entwickelt hat, auch für den erweiterten Temperaturbereich von –40 bis +85 °C einsetzbar, was die neue Prozessorklasse selbst für Outdoor- und Mobile-Vehicle- Applikationen prädestiniert. Bei einem Energieverbrauch kleiner 3 W im Normalbetrieb und einer TDP von maximal 3 bis 4 W sind die Systeme auch für komplett lüfterlose und solarbetriebene Applikationen geeignet, und mit einer hochgradigen Integration von Grafik-, Video-, Audio- und Sprachfunktionen sind auch höchst attraktive HMIs, rugged Tablets und Handhelds mit den neuen Prozessoren umsetzbar. Die integrierten Bildverarbeitungsfunktionen prädestinieren die neuen Prozessoren auch für Videoanalytik und den Einsatz neuronaler Netzwerktechnologie für Objekterkennung und Situational-Awareness- Applikationen.

Multitalent mit Schwerpunkt mobile Vehicle-Segment
Anwendungsbereiche sind deshalb extrem vielfältig und reichen von kleineren industriellen Steuerungs- und Automatisierungssystemen wie SPS, I/O-Controller, Robotik und Handlingsystemen über die Gebäudeleittechnik, und Patienten-Monitoringsystemen sowie Automotive- und Intralogistik-Cockpits und Transportation-Infotainment im Flugzeug und Zug bis hin zu IoT-, M2M und Telematik- Anwendungen mit verteilten Devices unterschiedlichster Auslegung oder zu verteilten smarten Videoüberwachungssystemen. Werden diese Devices mit dem neuen i.MX 8X bestückt, bieten sie eine Performance, die deutlich über dem liegt, was man vor einigen Jahren bei Tablets noch als performant betrachtete; und auch preislich werden sie immer attraktiver, so dass sie sich zunehmend weitere Applikationsfelder und Märkte erschliessen.

Hohe softwarekompatible Skalierbarkeit
Da der i.MX 8X alle wichtigen Subsysteme und Architekturen der höherwertigen i.MX 8-Familie integriert, steht Entwicklern ein extrem breites Spektrum an Skalierungsoptionen mit einem Höchstmass an Softwarewiederverwendung zur Verfügung. Wo liegen aber die Unterschiede zwischen i.MX 8 und i.MX 8X?
Zunächst einmal ist festzuhalten, dass beide Varianten nichts mit dem bereits in Serie verfügbaren i.MX 8M zu tun haben. Dieser ist nämlich als Device für Settop-Boxen und TV-Systeme entwickelt worden und ist somit im Consumerelektronik-Segment zu positionieren, was ein vollkommen anderer Anwendungsschwerpunkt ist, als es bei industriellen Setups der Fall ist, bei denen unter anderem auch LVDS-Support noch immer ein wichtiges Feature ist. Verglichen werden sollen hier also nur die beiden Varianten i.MX 8 und i.MX 8X.

Schlanke aber sichere Processingcores
Neben dem bereits erwähnten optionalen SIL-Support unterscheidet sich der i.MX 8X vor allem durch den Einsatz von ARM-Cortex- A35-Prozessoren anstelle von ARM-Cortex- A53-Prozessoren, dem Wegfall der ARMCortex- A72-Prozessoren und ein insgesamt sparsameres und damit auch energieeffizienteres Featureset, das den Energieverbrauch des i.MX 8X auf 3 bis 4 W drückt im Vergleich zu 12 W beim voll ausgebauten i.MX 8. Verfügbar ist der i.MX 8X in Konfigurationen von 2 oder 4 Cortex-A35-Prozessoren zusammen mit 1 Cortex M4F mit integrierter Floating Point Unit und DSP zur Verarbeitung kritischer Tasks.

Viele Schnittstellen – inklusive Echtzeit-Ethernet
An Schnittstellen führt der Core 1 PCIe 3.0 für flexible Erweiterungsoptionen sowie unter anderen 1 USB 3.0, 2 USB 2.0, 3 CAN, 4 UART, 4 SPI sowie ein 12-Bit-AD-Wandler aus. Die 2-GBit-Ethernet-Schnittstellen sind zudem ideal für die horizontale und vertikale Vernetzung in der Automatisierung. Unterstützt wird optional auch der 1588-konforme Support der Echtzeitkommunikation über das TSN-Protokoll für Industrie 4.0- und IoT-Tauglichkeit, so dass sich mehrere Schweissroboter/-Arme in einer Fertigungszelle über Ethernet in Echtzeit synchronisieren lassen.

Zuverlässig und vielfältige Sicherheitsfunktionen
Insgesamt bieten beide Prozessorvarianten auch eine erhöhte Zuverlässigkeit durch die bei ihnen verwendete sogenannte Fully Depleted Silicon on Insulator (FD-SOI) Fertigungstechnologie, mit der die im 28-nm-Prozess gefertigten Applikationsprozessoren die MTBF gegenüber Vorgängertechnologien drastisch verbessert und Latch-ups reduziert aufgrund der hohen Immunität von FD-SOI gegen weiche Fehler. All diese Funktionen zusammen mit ausgereiften Sicherheitsfeatures, unter anderem mit High Assurance Boot, TPM Timer, umfassenden Verschlüsselungsfunktionen und bis hin zu zehn aktiven und passiven Tamper-Pins, machen die neuen Prozessoren zu einer idealen Basis für die Entwicklung extrem energiesparender und höchst zuverlässiger Embedded Computing Plattformen.

Komplexe Technologien einfach Implementieren
Device-Entwickler in diesem Small-Form-Factor-Segment sehen sich häufig jedoch mit der Herausforderung konfrontiert, dass sie ein spezifisches Design benötigen, aber keines der vorhandenen Standardboards ihre Anforderungen erfüllt. Da der Computing-Core in erster Linie Mittel zum Zweck ist und keiner weiteren Adaption bedarf, empfehlen sich hierfür industrietaugliche Computer-On-Module-Standards wie SMARC 2.0 oder Qseven. Mit ihnen wird der leistungsfähige Computing-Core als fertig entwickeltes Modul einfach aufgesteckt und schon profitiert man von einem drastisch vereinfachten Design, bei dem nur noch das Finetuning der spezifischen Interfaces auf dem Carrierboard erfolgen muss.

Einschalten und loslegen
Entwickler können also auf Basis eines Eval-Carrierboards und des mit diesem Board und Modul mitgelieferten umfangreichen Software Eco-Systems in Form von angepasstem Bootloader und BSPs sofort ihr Applikationsdesign starten. Auf Basis von Carrierboards lassen sich erste Prototypen und Kleinserien bereitstellen und ab dem Break-Even hin zum Full-Custom-Design kann der Computing Core mit dem Carrierboard verschmolzen werden. Da der Computing Core applikationsfertig zur Verfügung gestellt wird, reduzieren sich auch die Projektrisiken von Anfang an. Vorteilhaft ist bei Computer-on-Modules zudem die Tatsache, dass sie bereits vor Serienfertigung der NXP-Prozessoren von Firmen wie congatec zu Evaluierungszwecken zur Verfügung gestellt werden können. Wer für sein i.MX 8 basierte Systemdesign also First-to-Market-Strategien verfolgt, ist mit SMARC- und Qseven-Computer-on-Modules von congatec bestens bedient. Sie bieten als Superkomponenten alles, was i.MX 8 Applikationsentwickler brauchen als applikationsfertiges Gesamtpaket und sind besonders einfach zu implementieren, bis hin zu Full-Custom-Designs.

Bei Standardprodukten ist der Support entscheidend
Die passende Hardwareplattform ist insbesondere bei ARM-Prozessor-basierten Designs nur die halbe Miete, will man von einem Standardprodukt hin zu einer Plattform kommen, die optimal auf die jeweilige Applikation angepasst ist. Aus diesem Grund bietet congatec für seine Standardkomponenten zum einen ein umfassendes Software-Eco-System, das off-the-Shelf mit der Hardware zur Verfügung gestellt wird sowie den persönlichen Integrationssupport für OEM-Entwickler, damit sie ihre Aufgaben noch einfacher und schneller erfüllen können. Zum anderen positioniert sich congatec aber auch als Komplettdienstleister für den gesamten Embedded Computing-Bedarf seiner OEM. Entsprechend umfangreich ist deshalb auch das Angebot des Technical Solution Center (TSC) von congatec, das für die Zusatzdienstleistungen rund um die Hardwareplattformen zuständig ist.
Bei der Entscheidungsfrage Qseven oder SMARC 2.0 rät congatec seinen Kunden übrigens, neue Designs mit SMARC 2.0 zu starten, da dieser Formfaktor eine höhere Packungsdichte und mehr Grafik ermöglicht, als Qseven. Bestehende Designs oder Lösungen mit geringeren Anforderungen an die Grafik sind weiterhin mit Qseven bestens bedient; auch in punkto Langzeitverfügbarkeit, denn dieser Formfaktor ist stückzahlmässig weiterhin der Platzhirsch.

Infoservice
congatec AG
Auwiesenstrasse 5, DE-94469 Deggendorf
Tel. 0049 991 270 00, Fax 0049 991 270 01 11
info@congatec.com, www.congatec.com



i.MX 8-basierte Computer-on-Modules in den Formfaktoren Qseven und SMARC erlauben es Entwicklern, ihre Projekte mit kürzester Time-to-Market umzusetzen


Klein aber oho: der neue NXP i.MX 8X ist ab sofort auf Computer-on-Modules von congatec verfügbar


SMARC- und QSeven-Module mit i.MX 8X-Prozessor werden in drei unterschiedlichen Varianten angeboten


congatec bietet sowohl den i. MX 8 als auch den i.MX 8X auf SMARC- und Qseven-Modulen an

Autor

Martin Danzer, Direktor Produkt-Management und Daniel Gunter, Leiter des Technical Solution Center (TSC), beide congatec

Whitepaper

Das Whitepaper «Device-Entwicklung mit Smarc 2.0» auf www.cognatec.com ist für den schnellen Einstieg in die Carrierboard-Entwicklung mit SMARC 2.0 gedacht.