passende Prozessoren für jedes IoT-Projekt
Markforscher rechnen mit einem Anstieg des weltweiten Datenvolumens auf 175 Zettabyte im Jahr 2025. Über die Hälfte soll dann von vernetzten Applikationen im IoT und der Industrie 4.0 ausgehen. Zusammen mit Edge- und Fog-Technologien sorgen Computer-on-Module (COM), Single-Board-Computer (SBC) und entsprechende Software dafür, die Rechenleistung effizient, schnell und flexibel zur Verfügung zu stellen.
Bild: Kontron Europe GmbHUm die Vorteile von Edge Computing optimal nutzen zu können, ist es erforderlich, das richtige Maß an Rechenleistung bereitzustellen. Während eine unzureichende Rechenleistung verhindert, dass die Zielapplikation schnell genug oder gar korrekt ausgeführt wird, können zu leistungsstarke Prozessoren zu Problemen etwa bei der Energieaufnahme oder der Kühlung führen. Bei der Auswahl des passenden Prozessors für die geplante IoT-Anwendung gilt es daher, die Vielzahl der für Embedded Computer heute verfügbaren Prozessorreihen auf CPU- und Grafikleistung sowie hinsichtlich Konnektivität, Speicherbandbreite und Stromverbrauch zu überprüfen. Ein breites Embedded-Computing-Portfolio bietet Kunden die Möglichkeit, die lokale Rechenleistung gemäß den spezifischen Applikationsanforderungen auszuwählen. Kontron setzt dabei zum einen auf COM-Express- und Qseven-Module mit x86-Architekturen von Intel und AMD, zum anderen auf kompakte, nur 82x50mm große SMARC-2.0-Module mit den aktuellsten ARM-basierten Prozessoren von NXP für stromsparende Anwendungen. Die Modulpalette deckt somit alle führenden Standards und die komplette Bandbreite der aktuellsten, IoT-fähigen Embedded-Prozessoren für individuelle Steuerungs-, Kommunikations- und Visualisierungsaufgaben ab.
Bild: Kontron Europe GmbHBreit skalierbares Ultra-Low-Power-Modul
Für ein extrem breites Leistungsspektrum ist das SMARC-sAMX6i ausgelegt. Das Ultra-Power-Modul basiert auf der NXP i.MX6-Prozessorfamilie, die sich durch eine stromsparende Grafik- und Rechenleistung und ein hohes Integrationsniveau auszeichnet. Sie ist für unterschiedlichste, allgemeine Embedded-Anwendungen konzipiert - von E-Readern über Human Machine Interfaces (HMI) bis zu Gebäudeautomation - aber auch für industrielle Anwendungen wie beispielsweise intelligente Industriesteuerungssysteme. Das Modul eignet sich für einen Temperaturbereich von -40 bis +85°C und ist von Single- bis Quad-Core umfassend skalierbar. Die ARM Cortex-A9-Architektur ermöglicht die effiziente Entwicklung von Geräten, die ein kompaktes, lüfterloses Design und eine ausgewogene Prozessor- und Grafikleistung benötigen. Echtzeitanwendungen sind dank des Cortex-M4-Kerns möglich. Das Modul bietet unter anderem 2GB RAM, HD mit 1080p Decode/Encode und 2D- und 3D-Beschleunigung. Zusätzlich lassen sich bis zu zwei Displays ansteuern.
Kleine, leistungskritische Anwendungen mit geringer Komplexität
Die SMARC-sAMX7 Module sind insbesondere für kleine und leistungskritische Anwendungen innerhalb des IoT mit Schwerpunkt auf geringen Stromverbrauch geeignet. Sie basieren auf den hochintegrierten NXP i.MX7-Prozessoren. Gegenüber den i.MX6-Prozessoren benötigen diese ein Drittel weniger Strom, was sich vor allem bei mobilen Anwendungen auf batteriebetriebenen Geräten als zentraler Vorteil erweist. Die Module können auch in Edge Routern und Gateway-Geräten in industriellen IoT-Umgebungen eingesetzt werden. Die Single- bzw. Dual-Core-Prozessoren lassen sich unabhängig steuern und ermöglichen eine flexible Energieversorgung, sodass der Cortex-A7-Kern bei Bedarf abgeschaltet werden kann. Zu den Leistungsmerkmalen zählen bis zu 2GB RAM, bis zu 2x1GHz Cortex-A7- und 200MHz M4-Prozessoren, eine Dual Channel LVDS-Schnittstelle, bis zu drei PCIe-Schnittstellen und bis zu zwei GBit-Ethernet-Ports. Mit dem Qseven-Q7AMX7 wird in Kürze auch eine Qseven-Version verfügbar sein.
Mehr Leistung bei geringer Energieaufnahme
Das auf dem NXP i.MX8 basierende SMARC-sAMX8X Modul zeichnet sich durch eine niedrige Energieaufnahme aus und ist damit vor allem für den Einsatz in vernetzten Endgeräten in Anwendungen wie industrieller Automatisierung, Industriesteuerungen, Robotertechnik und HMI geeignet. Bei der i.MX8-Reihe handelt es sich um eine Weiterentwicklung der i.MX6-Familie für den industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85°C mit mehr Leistung, die sich umfassend skalieren lässt. Mit einer Dual- oder Quad-Core-Konfiguration lassen sich bis zu drei Displays gleichzeitig ansteuern. Eine umfassende Systemkonnektivität wird durch mehrere Highspeed-Schnittstellen sichergestellt.
Bild: Kontron Europe GmbHSingle-Board-Computer und Raspberry Pi
Als Alternative zu einem COM mit einem i.MX8 kann auch ein kompakter 2,5" Embedded SBC im Pico-ITX-Format oder ein Raspberry Pi in Erwägung gezogen werden. Der SBC ist mit einem Dual- oder Quad-Core NXP i.MX8M (Mini) bestückt und zeichnet sich durch eine hohe Grafikleistung und erweiterte Konnektivität aus. Damit bietet es sich als kostenoptimierte, ARM-basierte SBC-Lösung für Embedded-Anwendungen in der Fertigung sowie als IoT-Gateway an. Auch SBCs mit Raspberry Pi als Compute Module lassen sich heute in verschiedenen Anwendungen einsetzen, z.B. bei HMI, M2M, Infotainment, in Daten-Gateways und an Sensorköpfen. Bisher stand dem industriellen und kommerziellen Einsatz von Raspberry Pi vor allem die mangelnde professionelle Unterstützung entgegen. Auch wenn es bisher im Gegensatz zu SMARC, COM Express und Qseven noch an einer Standardisierung fehlt und nur zwei Prozessorgenerationen verfügbar sind, hat Raspberry Pi hohes Potenzial, sich als Ergänzung zu den Standardplattformen zu etablieren. Kontron bietet seit kurzem ein Industrial Starterkit an, mit dem sich zügig ermitteln lässt, ob das Raspberry Compute Module die Applikationsanforderungen erfüllen kann. Das Kit umfasst ein Entwickler-Board nach SBC-Spezifikationen, ein Raspberry Pi Compute Module 3 Light und eine SD-Card mit vorkonfiguriertem Raspian Betriebssystem. Der Weg zum Prototyp und damit zum fertigen Produkt lässt sich mit dem Starterkit deutlich verkürzen.
SMARC-Modul mit TSN-fähigen Ethernet-Ports
Eine nahtlose Verbindung zwischen Feldebene, Operational Technology (OT) und Informationstechnologie (IT) ist die zentrale Voraussetzung für deterministische, ethernetbasierte und damit 'echte' Industrial-IoT-Systeme. Möglich wird dies durch den Time Sensitive Networking Standard IEEE 802.1 TSN zusammen mit OPC UA. Mit dem hochintegrierten SMARC-sAL28 auf Basis des NXP Layerscape LS1028 wird eine kostengünstige Lösung am Markt für die Implementierung TSN-fähiger IoT-Gateways angeboten. Das SMARC-sAL28 verfügt über bis zu fünf integrierte TSN-fähige 1GB Ethernet-Ports und einen integrierten Switch direkt aus dem Controller. Darüber hinaus bietet es eine Vielzahl von Schnittstellen wie Dual Channel LVDS für HDMI- oder DP-Displays. Für die industrielle Kommunikation und I/Os verfügt es über einen CAN-Anschluss, bis zu sechs USB2.0-Ports, einen USB3.0-Port, vier serielle und zwölf GPIO Schnittstellen.
Bild: ©Eisenhans/Fotolia.comIoT-Anwendungen im Mittel- und Hochleistungsbereich
Den mittleren und hohen Performancebereich im Edge Computing und bei IoT-Anwendungen adressiert Kontron mit seinen COM Express-Modulen mit skalierbarer x86-Leistung. Die Prozessor-Palette reicht von Intel Atom (R) über Intel (R) Core (TM) i3/i5/ i7 bis zu Intel Server Class Prozessoren für Server, Künstliche Intelligenz (KI), Machine Learning und hochleistungsfähige CNC-Steuerungen. Für Applikationen, die höchste Rechen- und Grafikleistung benötigen, etwa für die Visualisierung oder die Bildbearbeitung, eignen sich COM Express-Module mit dem Intel (R) Core (TM) i7 der 8. Generation oder mit dem AMD Ryzen V1000QC.
Industrie-ComputerPlattformen für IoT Edge Computer und Gateways
Auf Basis seiner neuesten COMs, SBCs und Motherboards bietet Kontron auch komplette, IoT-fähige Industrie-Computerplattformen an. Mit der KBox-Familie beispielsweise lassen sich Fertigungsanlagen gezielt auf IIoT-Szenarien umstellen. Somit eignen sich die Standard- oder auch kundenspezifischen Embedded Box PCs der KBox-Familie als skalierbare Kontrollplattform für anspruchsvolle Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben oder als intelligentes Gateway für datenintensive IoT-Edge-Anwendungen. Während die KBox A-Serie auf dem SMARC-2.0-Standard oder einem 3,5"-SBC basiert, setzt die KBox B-Serie auf Mini-ITX, die KBox C-Serie auf den COM-Express-Standard. Die KBox A-203 ist mit einem Intel Atom (R) x5-E3930 bestückt und wurde als intelligentes Gateway für datenintensive IoT-Edge-Anwendungen entwickelt. Anwendungsgebiete finden sich vor allem in Edge Analytics, Datenerfassung und Remote Monitoring. Dank zahlreicher Schnittstellen ist eine Anbindung an verschiedene Kommunikationsebenen möglich. Die auf COM Express-Modulen basierte KBox C-102 eignet sich insbesondere für den Einsatz in Schaltschränken im Automatisierungsumfeld. Sie ist mit den leistungsstarken Prozessoren der Intel (R) Core (TM) i3/i5/i7 Prozessorreihe ausgestattet. Für höchste Performance-Anforderungen bei der Steuerung und Visualisierung kann sie auch mit Intel (R) Xeon (R) Prozessoren bestückt werden. Die KBox C-102 bildet zudem die Grundlage für das Kontron TSN-Starterkit, in dem eine TSN-fähige Netzwerkkarte mit Echtzeitbetriebssystem integriert ist. Über entsprechende Erweiterungskarten lassen sich alle KBox-Systeme mit den gängigen Feldbussen erweitern.
Fazit: Embedded Computer-on-Module als Basis for IIoT
Skalierbare, vordefinierte Computer-on-Module in Kombination mit neuesten Edge-Technologien sind wesentliche Bausteine für die nächsten Schritte im IIoT. Entwicklern steht heute eine große Auswahl an entsprechenden Boards mit x86- und ARM-Prozessoren zur Verfügung, die den unterschiedlichen Ansprüchen im Hinblick auf Performance, Energieverbrauch und Konnektivität Rechnung tragen. n @FA_Kontakt:
Markforscher rechnen mit einem Anstieg des weltweiten Datenvolumens auf 175 Zettabyte im Jahr 2025. Über die Hälfte soll dann von vernetzten Applikationen im IoT und der Industrie 4.0 ausgehen. Zusammen mit Edge- und Fog-Technologien sorgen Computer-on-Module (COM), Single-Board-Computer (SBC) und entsprechende Software dafür, die Rechenleistung effizient, schnell und flexibel zur Verfügung zu stellen.
Bild: Kontron Europe GmbHUm die Vorteile von Edge Computing optimal nutzen zu können, ist es erforderlich, das richtige Maß an Rechenleistung bereitzustellen. Während eine unzureichende Rechenleistung verhindert, dass die Zielapplikation schnell genug oder gar korrekt ausgeführt wird, können zu leistungsstarke Prozessoren zu Problemen etwa bei der Energieaufnahme oder der Kühlung führen. Bei der Auswahl des passenden Prozessors für die geplante IoT-Anwendung gilt es daher, die Vielzahl der für Embedded Computer heute verfügbaren Prozessorreihen auf CPU- und Grafikleistung sowie hinsichtlich Konnektivität, Speicherbandbreite und Stromverbrauch zu überprüfen. Ein breites Embedded-Computing-Portfolio bietet Kunden die Möglichkeit, die lokale Rechenleistung gemäß den spezifischen Applikationsanforderungen auszuwählen. Kontron setzt dabei zum einen auf COM-Express- und Qseven-Module mit x86-Architekturen von Intel und AMD, zum anderen auf kompakte, nur 82x50mm große SMARC-2.0-Module mit den aktuellsten ARM-basierten Prozessoren von NXP für stromsparende Anwendungen. Die Modulpalette deckt somit alle führenden Standards und die komplette Bandbreite der aktuellsten, IoT-fähigen Embedded-Prozessoren für individuelle Steuerungs-, Kommunikations- und Visualisierungsaufgaben ab.
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Kontron Europe GmbH
Dieser Artikel erschien in IoT Design 3 2019 - 26.03.19.Für weitere Artikel besuchen Sie
