System on modules sind das Kerngeschäft von PHYTEC (gemeinsam mit den PHYTEC Single Board Computer). Doch seit wann gibt es System on Modules eigentlich und wie sah ihre Entwicklung aus?
With a flick of a switch to the WABAC Machine …
Mit einem Knopfdruck lädt uns Tom Walker zu einer Zeitreise in das Jahr 1996 ein. In einem online verfügbaren Webinar führt der Chef von PHYTEC America durch die Entwicklung von System on Modules in den vergangenen 25 Jahren.
Tom hat eine Zusammenstellung verschiedener SOMs erstellt und diese nach ihrer Prozessorgeschwindigkeit und Pinanzahl in 4 Epochen aufgeteilt:
Die Geschichte der System-on-Modules von 1996 bis heute
Basic Embedded: 1996-2005
Die erste Ära startet mit dem 16-bit Single Chip Mikrocontroller von Siemens, dem C167CR mit 144 Pins. Dieser Chip erreichte eine Geschwindigkeit von 20 MHz und war 35 x 35 mm groß. Er war Bestandteil des PHYTEC miniMODUL-167 mit einem seriellen CAN-Interface. Softwareseitig wurde hier ein Keil Compiler verwendet der flashfähigen Code generierte.
Das PHYTEC miniMODUL-167 wurde zum Beispiel in Motorsteuerungen und einem spannungsgesteuerten Oszillator eingesetzt. Noch heute verkauft PHYTEC das miniMODUL-167 für den Einsatz in einem Elektrofilter für die Luftreinhaltung (EOL läuft aktuell), obwohl die Technologie natürlich längst überholt ist.
The Rise of ARM: 2006-2010
Die Jahre 2006-2010 bezeichnet Tom dann als 32-bit-Epoche, in der sich die ARM-Architektur für Mikroprozessoren durchsetzte. 2006 wurde XScale an Marvell verkauft: Als Beispiel für die Ära bezieht sich Tom im Webinar auf den Marvell PXA270. Der Prozessor erreichte eine Geschwindigkeit von 520 MHz und hatte 360 Pins in Kugelgitteranordnung (BGA, ball grid array) auf der Unterseite des Chips.
Eine große Weiterentwicklung im Vergleich zur vorhergehenden Epoche ist die Integration standardisierter Schnittstellen wie zum Beispiel USB und Ethernet auf dem SOM. Außerdem war es nun möglich, sogenannte Memory Management Units (MMUs) auf den Chips zu nutzen und so Betriebssysteme wie Windows Embedded (heute Windows IoT) oder Linux einzusetzen. Das System-on-Module phyCORE-PXA270 wurde zum Beispiel in einem nicht-invasiven Ultraschallgerät für Blasenscans eingesetzt, wo es für die Displayanbindung und die Integration von Peripheriegeräten mit serieller Schnittstelle verwendet wurde.
Allgegenwärtigkeit von ARM: 2011-2015
Im Jahr 2011 hat sich ARM sowohl in mobilen als auch in industriellen Anwendungen als Standard durchgesetzt. Chips wie der Texas Instruments OMAP 4460 basieren auf einer dual-core ARM Cortex-A9 Architektur und erreichen eine Geschwindigkeit von bis zu 1,5 GHz. Eine Neuerung in dieser Zeit ist das Package-on-Package Design des Chips: Um Platz auf der Platine zu sparen, sitzt der Hauptspeicher (DDR-RAM) über dem Prozessor, verbunden über ein weiteres BGA. Der Chip ist für mobile Anwendungen optimiert und ermöglicht beispielsweise das Abspielen von Full-HD-Videos.
Chips wie der OMAP 4460 hatten aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit gelegentlich Probleme, zum Beispiel mit dem Temperaturmanagement. Hier konnte PHYTEC mit der Entwicklung des phyCORE-OMAP4460 den Kunden ein dennoch stabiles System on Module zur Verfügung stellen. Das phyCORE-OMAP4460 wird zum Beispiel in einem mobilen Röntgenfluoreszenzanalysegerät eingesetzt. In dieser Anwendung bindet das PHYTEC SOM unter anderem ein Display an, steuert das Power Management und stellt einen USB-Anschluss für die Anbindung einer Kamera zur Verfügung. Für dieses Gerät designte PHYTEC auch das Carrier Board mit seiner ungewöhnlichen Form.
ARM App Prozessoren: 2016-2020
Stellvertretend für die aktuelle Epoche seit 2016 stellt uns Tom im Webinar den NXP i.MX 8 vor. NXP hat hier gleich eine ganze Prozessorfamilie auf den Markt gebracht, um für die verschiedensten Anwendungen die idealen Leistungsdaten sowie den richtigen Formfaktor bereitstellen zu können. So bietet auch PHYTEC verschiedene i.MX 8 SOMs an, wie zum Beispiel das phyCORE-i.MX 8M und das phyCORE-i.MX 8M mini. Je nach Größe reicht die Pinanzahl der Prozessoren von 486 bis 1313.
Aktuell arbeitet PHYTEC an verschiedenen Kundenprojekten, die ein i.MX 8 SOM einsetzen, die Entwicklung ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Parallel gibt es viele interessante Endprodukte mit dem Vorgänger von NXP, dem i.MX 6. Tom stellt im Webinar ein kameragesteuertes Frachtkontrollsystem für LKWs vor, in dem das phyCORE-i.MX 6 unter anderem die Kameraanbindung steuert.