De OSM-norm voor systeem op modules toegelicht

Systeem op module-normen

Diverse systeem op module-normen, zoals SMARC en Qseven (Afbeelding 1), zijn overgenomen door productontwerpers, oplossingsarchitecten en systeemingenieurs. SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies), een internationale vereniging zonder winstoogmerk van bedrijven en organisaties, werkt samen en ontwikkelt onafhankelijke specificaties voor ingebedde computertechnologie. De keuze van een industriestandaard voor systemen op modules draagt bij tot de schaalbaarheid van de technologie en bevordert de interoperabiliteit tussen leveranciers.

Onlangs is door SGeT een nieuwe norm voor systeemmodules gedefinieerd - OSM of open standaardmodule, met als unieke waarde dat het een soldeerbare systeemmodule is. De standaard biedt een extra laag robuustheid dankzij het LGA-ontwerp en de opbouwtechnologie.

Afbeelding 1: Systeem op module-normen omvatten SMARC, Qseven, en OSM. (Bron afbeelding: iWave)

OSM-norm uitgelegd

Open standaardmodule, de nieuwste industrienorm voor system on modules, is in december 2020 gelanceerd. Om een nieuwe, toekomstbestendige en veelzijdige standaard te creëren voor kleine, goedkope ingebedde computermodules, heeft SGeT de OSM 1.0 specificatie uitgebracht. OSM is een van de eerste standaarden voor direct soldeerbare en schaalbare ingebedde computermodules.

OSM doet zijn intrede in de industrie met ingebedde computermodules ter grootte van een postzegel, door modules ter grootte van een creditcard te vervangen. Met het OSM kunnen embedded modules voor de MCU32-, Arm®- en x86-architectuur worden ontwikkeld, geproduceerd en gedistribueerd. De belangrijkste kenmerken van de OSM-module zijn:

1. Volledig machinaal verwerkbaar tijdens solderen, assemblage en testen
2. Voorvertind LGA-pakket voor direct solderen zonder connector
3. Voorgedefinieerde zachte en harde interfaces
4. Open-source in software en hardware

De geheel nieuwe standaard is verkrijgbaar in vier verschillende maten, variërend van grootte nul, klein, middelgroot en groot, afhankelijk van de beschikbare LGA-contacten op de module (figuren 2a en 2b). De vier verschillende vormfactoren kunnen op elkaar voortbouwen.

Afbeelding 2a: Standaard OSM-afmetingen, vormfactoren en pennenbezettingen. (Bron afbeelding: iWave)

Afbeelding 2b: Standaard OSM-formaten met kleurcodering volgens Afbeelding 2a. (Bron afbeelding: iWave)

De open standaardmodule maakt gebruik van een symmetrisch LGA-pakket voor het verbinden van de module PCB met de basebord-PCB. Fused Tin Gird Array, ENIG LGA of BGA, kunnen naar keuze van de fabrikant als contacttechnologie worden gebruikt. De specificaties bieden de verkopers van modules ook de mogelijkheid om verschillende hoogten toe te passen op basis van de vereisten, met de optie om uit te breiden via een "PCB-spacer".

Modules vanaf size-S bieden video-interfaces voor maximaal 1x RGB en 4-kanaals DSI. Size-M-modules kunnen bovendien 2x eDP/eDP++ ondersteunen, en size-L voegt 2x LVDS interface toe voor grafische toepassingen. Daarom kunnen maximale configuraties tot zes video-uitgangen parallel bieden. Alle modules vanaf bouwgrootte-S bieden verder een 4-kanaals seriële camera-interface (CSI). Size-L-modules bieden tot 10 PCIe lanes voor snelle aansluiting van randapparatuur; size-M biedt 2x PCIe x1, en size-S 1x PCIe x1. Gezien de uiterst kleine afmetingen zijn de modules van grootte 0 niet voorzien van de genoemde I/O's, maar wel van alle interfaces die worden genoemd in de OSM-specificatie, die voorziet in maximaal 5x Ethernet voor systeem-naar-systeemcommunicatie.

In alle modules is er een speciaal communicatiegedeelte, dat 18 pennen bevat voor antennesignalen voor verschillende draadloze technologieën, en 19 pennen voor fabrikantspecifieke signalen.

Waarom OSM overwegen?

De belangrijkste voordelen van de OSM-module zijn: een PCB-soldeerbare module die bestand is tegen trillingen, een compacte vormfactor met de kleinste pin-to-area-verhouding en de mogelijkheid tot schaalbaarheid van de technologie.

Aangezien de module rechtstreeks op de draagkaart kan worden gesoldeerd, is de module geschikt voor producten die onderhevig zijn aan trillingen en een compacte vormfactor vereisen. Een voorbeeld hiervan is het connectiviteitscluster voor een elektrische 2-wieler. OSM-modules bieden ontwerpers een oplossing met een ideale mix van schaalbaarheid, vormfactor en kosten.

Voor een groeiend aantal IoT-toepassingen helpt deze norm de voordelen van modulaire ingebedde computers te combineren met de toenemende eisen op het gebied van kosten, ruimte en interfaces. De potentiële toepassingen van een OSM-module omvatten met het internet verbonden embedded, IoT- en edge-systemen waarop open-source besturingssystemen draaien en die worden gebruikt in zware industriële omgevingen.

iWave-portefeuille van OSM-systeem op modules

iWave Systems, een leider op het gebied van ontwerp en fabricage van system on-modules, heeft onlangs de iW-RainboW-G40M (Afbeelding 3) gelanceerd: De soldeerbare i.MX 8M Plus OSM-module. De iW-Rainbow-G40M integreert de krachtige i.MX 8M Plus-processor in de compacte OSM 1.0-standaard en biedt krachtige mogelijkheden voor AI en machinaal leren in een compacte module.

Afbeelding 3: De boven- en onderkant van het iW-G40M systeem op module. (Bron afbeelding: iWave)

Twee beeldsignaalprocessoren (ISP's) en een speciale neurale netwerkprocessor met maximaal 2,3 TOPS maken de i.MX 8M Plus ideaal voor Smart Home, Smart City, Industrial IoT en daarbuiten met zijn mogelijkheden voor machinaal leren, vision en geavanceerde multimedia.

Belangrijkste kenmerken van de module

• i.MX 8M Plus dual/quad lite/quad
• 2 GB LPDDR4 (tot 8 GB)
• 16 GB eMMC (tot 256 GB)
• Wi-Fi (802.11b/g/n/ac/ax) (ax is optioneel)
• Bluetooth 5.0
• 2 x CAN-FD-poorten
• 2 x RGMII-interfaces
• PCIe 3.0 x 1
• LVDS x 2
• Size-L LGA-module

De module biedt ontwerpers een flexibele en schaalbare optie voor hun product en verkort tegelijkertijd hun up time to market. Met de voorziening voor industriële interfaces zoals CAN-FD, tijdgevoelige netwerken en hogesnelheidsinterfaces, is de processor ideaal voor Industrie 4.0 en automatiseringssystemen die intelligente en snelle verwerking van multimediagegevens ondersteunen.

Dankzij een ontwikkelingskit en een productieklare SOM kan een ontwerper sneller op de markt komen met minder risico. De module is klaar voor gebruik en wordt geleverd met alle benodigde software drivers en BSP's met software-ondersteuning van Ubuntu, Android en Linux.