Les modules OSM représentent une nouvelle tendance intéressante dans l’informatique embarquée. En éliminant le besoin de connecteurs, ils sont beaucoup plus compacts et robustes que les modules standards traditionnels. L’automatisation complète de l’assemblage, du soudage et des tests sur ces derniers permet une réduction des coûts. Ces modules sont donc particulièrement bien adaptés au développement rapide d’applications mobiles, IoT et grand public en grandes quantités.
Les développeurs embarqués tirent parti des Computer-on-Modules (COM) depuis de nombreuses années. Grâce à leurs interfaces clairement définies, ceux-ci permettent un haut degré de compatibilité d’échange et une intégration clé en main de packages de support de carte (BSP) pour toute une variété de systèmes d’exploitation. Cela réduit le temps de développement et les risques pour les nouveaux projets, et permet en outre une grande évolutivité. La flexibilité des normes existantes est principalement limitée par l’engagement envers un format de connecteur spécifique pour la connexion carte à carte vers la carte porteuse. Cela fixe les limites en termes de dimensions, de nombre de broches et de vitesse de transmission maximale.
Les avantages des OSM
Le Groupe de Standardisation des Technologies Embarquées (SGET) a défini il y a quelques années des modules « Open Standard Modules (OSM) », qui peuvent être soudés directement à la carte de base (« baseboard »), comme un processeur dans un boîtier LGA. Cela permet d’obtenir des densités de broches plus élevées malgré des dimensions nettement plus petites. De plus, le coût du connecteur est éliminé. L’automatisation complète de l’assemblage, du soudage (au lieu du branchement manuel) et des tests permet des économies supplémentaires. L’avantage principal des OSM par rapport aux COM branchés réside également dans les tailles beaucoup plus petites des quatre variantes de modules qui s’appuient les unes sur les autres. Même le plus grand d’entre eux, « Taille L », occupe 45×45 mm², soit moins de la moitié de l’espace du plus petit module SMARC « Short » de 82×50 mm² et tout cela, avec 662 broches, environ deux fois plus par rapport aux 314 broches du module SMARC.
Aussi, en supprimant les connecteurs, la hauteur totale est également réduite, permettant ainsi des assemblages extrêmement plats (comme par exemple, pour une installation derrière un écran).
Applications possibles des modules OSM
Grâce à leur petite taille, les systèmes OSM sont parfaits pour les applications compactes et économes en énergie. Le soudage des composants assure un haut niveau de robustesse contre les chocs et les vibrations. Cela rend les systèmes OSM particulièrement adaptés aux applications dans les domaines de l’automatisation, de la robotique, du trafic et de la technologie ferroviaire. La faible consommation d’énergie permet aussi une utilisation dans des systèmes alimentés par batterie, dans la technologie médicale et les transports, ainsi que dans tout type d’appareil IoT. L’option de production rentable, en particulier pour les grandes quantités, rend la technologie des modules avec OSM encore plus intéressante pour les nouveaux marchés dans les secteurs de la consommation et des bâtiments intelligents.
Avec la disponibilité de processeurs d’application avec des coprocesseurs d’IA (Intelligence Artificielle) intégrés et particulièrement économes en énergie, un tout nouveau domaine d’activité émerge : celui des appareils AIoT. Il s’agit de petits appareils IoT mobiles dotés de capacités d’IA dédiées et qui étendent ainsi ces appareils avec des fonctions d’IA typiques telles que la reconnaissance vocale et d’image. Un représentant typique de cette nouvelle génération de processeurs est le processeur d’application i.MX93 de NXP.
La campagne OSM avec quatre nouvelles cartes d’Advantech
Le fabricant taïwanais étend sa gamme avec quatre nouvelles cartes OSM. Trois d’entre elles sont équipées de processeurs de la famille i.MX de NXP ; tandis que la quatrième dispose d’un processeur à huit cœurs de Qualcomm économe en énergie. Tous les modules avec des processeurs i.MX sont également disponibles en version pour une utilisation dans une plage de températures étendue allant de -40 à ~+85°C.
Grâce à la gestion sophistiquée de l’énergie des processeurs utilisés, tous les OSM énumérés ici répondent facilement aux exigences de la directive européenne sur l’écoconception. Le processeur i.MX8 ULP (« Ultra Low Power »), par exemple, nécessite moins d’un milliwatt de puissance en mode veille (mode suspendu – RTD veille renforcée). De plus, les quatre OSM disposent chacun d’un module de sécurité TPM et d’une puissante unité de cryptage matériel.
ROM-2620
Le modèle d’entrée de gamme est le ROM-2620 en format « S » (30×30 mm²), qui est équipé d’un i.MX8 ultra basse consommation avec un A35 Dual Core avec une vitesse d’horloge allant jusqu’à 1 GHz et un cœur Cortex-M33 de 216 MHz, 1 Go DDR4-2000, 16 Go de flash NAND eMMC. Il dispose des interfaces suivantes :
1x Ethernet 10/100 | Écran unique | 1x MIPI-DSI 4 voies | 1x USB2.0 | 1x USB2.0 OTG | 5x UART | 1x SPI |1x I2S | 2x I2C24x GPIO | 6x PWM | 1x CAN | 1x Entrée caméra MIPI CSI à 2 voies
Le système d’exploitation Yocto Linux est supporté.
ROM-2820
Le ROM-2820 en format « L » (45×45 mm²) est équipé d’un i.MX93 avec un double cœur Cortex-A55 avec une vitesse d’horloge allant jusqu’à 1,7 GHz, d’un cœur Cortex-M33 de 250 MHz et d’une NPU Ethos U65 (module de traitement neuronal, coprocesseur IA) ou d’un i.MX91 avec un monocœur Cortex-A55 avec une vitesse d’horloge allant jusqu’à 1,7 GHz, ainsi que 1 Go LPDDR4-3700 et 16 Go de flash NAND eMMC. Les modules OSM ont les interfaces suivantes :
1x Ethernet 10/100/1000 | Double affichage | 1 port MIPI-DSI à 4 voies et 1 port LVDS à canal unique (ROM-2820 uniquement) | 1 port USB2.0 | 1 port USB2.0 OTG | 5 ports UART | 2 ports SPI | 1 port I2S |2 ports I2C | 24 ports GPIO | 6 ports PWM | 2 ports CAN | 1 port d’entrée caméra MIPI CSI à 2 voies
Yocto Linux est supporté comme système d’exploitation.
ROM-2860
Le modèle emblématique des modules OSM est le ROM-2860 en format « L » (45×45 mm²), qui est équipé d’un processeur à huit cœurs QCS6490 de Qualcomm, et qui contient les éléments suivants : un processeur Qualcomm Kryo™670 avec des cœurs de technologie Cortex v8 (1x Gold plus avec jusqu’à 2,7 GHz, 3x Gold avec jusqu’à 2,4 GHz et 4x Silver avec 1,9 GHz), une VPU et un GPU Adreno chacun, et un accélérateur Hexagon (TM) AI avec jusqu’à 13 TOPS. La RAM embarquée se compose de 8 Go de RAM en technologie LPDDR5-8533, ce qui est aussi rapide qu’économe en énergie.
Les interfaces embarquées sont :
2x Ethernet 10/100/1000 | Double affichage | 2x MIPI-DSI 4 voies | 1x DP | 1x eDP1.4 | 1x USB3.2 Gen1 | 1x USB2.0 |4x UART 4-Wire | 1x SPI | 2x I2S | 2x I2C | 16x GPIO | 6x PWM | 1x UFS |1 x eMMC | 1x SDIO 4 bits
Le module peut être utilisé dans la plage de températures allant de -20 à ~+70°C. Ubuntu et Windows 11 sont pris en charge en tant que systèmes d’exploitation.
Carte porteuse : Développer soi-même ou acheter ?
Des cartes porteuses appropriées pour le développement sont disponibles pour tous les modules OSM répertoriés plus haut. Cela signifie qu’il est possible pour un ingénieur de commencer à développer/porter un logiciel immédiatement, même en l’absence d’une carte. Des schémas de circuits de référence sont disponibles gratuitement pour le développement de vos propres cartes porteuses, ce qui réduit considérablement les temps de développement.
Cependant, il est également possible pour les clients de faire développer et fabriquer une carte porteuse complète par les services de conception et de fabrication (DMS) d’Advantech à Munich. Comme pour les modules standards classiques avec connecteurs (Qseven, SMARC, COM Express et COM-HPC), le client peut profiter ou acheter exactement le niveau de service dont il a besoin pour son projet. Il est également possible de développer rapidement et à moindre coût une conception entièrement personnalisée basée sur une solution de module existante.
Conclusion
Les modules OSM combinent les avantages des modules standards avec la tendance à une intégration plus élevée et à des dimensions plus petites. En raison de leur densité de broches plus élevée par rapport aux modules à base de connecteurs, le nombre de broches peut être considérablement augmenté malgré des dimensions plus petites. Cela permet aux développeurs d’avoir un accès direct à encore plus de fonctionnalités sur le processeur ou la plate-forme tout en conservant la même compatibilité.
La viabilité à long terme est également assurée par un grand nombre de broches de rechange encore disponibles, ainsi que par un écosystème indépendant et inter-entreprises de fabricants d’une grande variété de composants au sein du comité de normalisation SGET. Les possibilités des OSM sont principalement limitées par la dissipation de puissance maximale transformable, qui est de l’ordre de quelques watts. L’utilisation des OSM se concentre donc généralement sur les appareils ultra-mobiles alimentés par batterie. La petite taille et la faible masse qui en résulte, en combinaison avec la connexion de soudure stable, garantissent une robustesse et une insensibilité exceptionnelles aux chocs et aux vibrations pour les OSM. Cela les rend bien adaptés aux applications industrielles spécifiques, telles que la robotique, les systèmes embarqués pour véhicules et le secteur du transport.
La rentabilité plus élevée des OSM conduira à une adoption plus large de la technologie des modules, même dans les domaines les plus sensibles aux coûts et dans les projets avec des volumes élevés de plus de quelques dizaines de milliers de pièces par an.
Par Manel Aissaoui, Product Sales Manager OSM chez Advantech
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