OSM-Standard für System-on-Modules kurz erklärt

Standard für System-on-Modules

Verschiedene Standards für System-on-Modules wie SMARC und Qseven (Abbildung 1) wurden von Produktentwicklern, Lösungsarchitekten und Systemingenieuren übernommen. Die SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies), eine internationale gemeinnützige Vereinigung von Unternehmen und Organisationen, entwickelt unabhängige Spezifikationen für eingebettete Computertechnologie. Die Wahl eines Industriestandards für System-on-Modules hilft bei der Skalierbarkeit der Technologie und fördert die Interoperabilität zwischen den Anbietern.

Kürzlich wurde von der SGeT ein neuer Standard für System-on-Modules definiert namens OSM oder Open Standard Module, mit dem einzigartigen Nutzenversprechen, ein lötbares System-on-Module zu sein. Der Standard ermöglicht durch LGA-Design und Oberflächenmontage eine zusätzliche Ebene der Robustheit.

Abbildung 1: Standards für System-on-Modules sind u. a. SMARC, Qseven und OSM. (Bildquelle: iWave)

OSM-Standard erklärt

Open Standard Module, der neueste Industriestandard für System-on-Modules, wurde im Dezember 2020 eingeführt. Um einen neuen, zukunftssicheren und vielseitigen Standard für kleine, kostengünstige eingebettete Computermodule zu schaffen, hat die SGeT die Spezifikation OSM 1.0 herausgegeben. OSM ist einer der ersten Standards für direkt lötbare und skalierbare eingebettete Computermodule.

OSM hält mit briefmarkengroßen eingebetteten Computermodulen Einzug in die Industrie, indem es die kreditkartengroßen Module ersetzt. OSM ermöglicht die Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Embedded-Modulen für die Architekturen MCU32, Arm® und x86. Zu den wichtigsten Merkmalen des OSM-Moduls gehören:

1. Vollständig maschinell verarbeitbar beim Löten, Bestücken und Testen
2. Vorverzinntes LGA-Gehäuse für direktes Löten ohne Steckverbinder
3. Vordefinierte weiche und harte Schnittstellen
4. Open-Source in Software und Hardware

Der neue Standard ist in vier verschiedenen Größen erhältlich, die je nach den auf dem Modul verfügbaren LGA-Kontakten von den Größen Null, Klein, Mittel und Groß reichen (Abbildungen 2a und 2b). Die vier verschiedenen Formfaktoren können aufeinander aufbauen.

Abbildung 2a: Größen, Formfaktoren und Pinbelegungen des OSM-Standards. (Bildquelle: iWave)

Abbildung 2b: Größen des OSM-Standards mit Farbkodierung gemäß Abbildung 2a (Bildquelle: iWave)

Das Modul mit offenem Standard ist in einem symmetrischen LGA-Gehäuse zur Verbindung der Modulplatine mit dem Basisboard untergebracht. Fused Tin Gird Array, ENIG LGA oder BGA können nach Ermessen des Herstellers als Kontakttechnologien genutzt werden. Außerdem erlauben die Spezifikationen Modulherstellern auch die bedarfsgerechte Wahl unterschiedlicher Höhen mit der Option der Verlängerung durch einen Leiterplattenabstandshalter.

Module ab Größe S bieten Videoschnittstellen für bis zu 1x RGB und 4-Kanal DSI. Module der Größe M können zusätzlich 2 eDP/eDP++ unterstützen, und die Größe L bietet dazu 2 LVDS-Schnittstellen für die Grafik. In der maximalen Konfiguration können daher bis zu sechs Videoausgänge parallel geschaltet werden. Alle Module ab Größe S bieten darüber hinaus eine serielle 4-Kanal-Kameraschnittstelle (camera serial interface, CSI). Module der Größe L verfügen über bis zu 10 PCIe-Lanes für den schnellen Anschluss von Peripheriegeräten; die Größe M umfasst einen 2x PCIe und die Größe S einen 1x PCIe. In Anbetracht der extrem verkleinerten Grundfläche besitzen die Module der Größe 0 keine der genannten E/A, aber alle in der OSM-Spezifikation angeführten Schnittstellen, die bis zu 5x Ethernet für die Kommunikation zwischen den Systemen vorsehen.

In allen Modulen gibt es einen eigenen Kommunikationsbereich, der 18 Pins für Antennensignale für verschiedene Funktechnologien und 19 Pins für herstellerspezifische Signale bereitstellt.

Warum OSM?

Zu den Hauptvorteilen des OSM-Moduls gehören die Lötbarkeit auf der Leiterplatte, die Vibrationsbeständigkeit, der kompakte Formfaktor mit dem kleinsten Verhältnis von Pins und Fläche und die Möglichkeit der Skalierbarkeit der Technologie.

Da das Modul direkt auf die Trägerplatine gelötet werden kann, eignet es sich für Produkte, die anfällig für Vibrationen sind und einen kompakten Formfaktor benötigen. Ein Beispiel dafür ist das Konnektivitätscluster für ein elektrisches Zweirad. OSM-Module bieten Entwicklern eine Lösung mit einer idealen Mischung aus Skalierbarkeit, Formfaktor und Kosten.

Für eine wachsende Zahl von IoT-Anwendungen hilft dieser Standard, die Vorteile des modularen Embedded Computing mit den steigenden Anforderungen an Kosten, Platz und Schnittstellen zu verbinden. Zu den potenziellen Anwendungen eines OSM-Moduls gehören mit dem Internet der Dinge verbundene eingebettete Systeme, IoT- und verteilte Systeme, die mit Open-Source-Betriebssystemen arbeiten und in rauen Industrieumgebungen eingesetzt werden.

OSM-System-on-Module-Sortiment von iWave

iWave Systems, ein führendes Unternehmen in der Entwicklung und Herstellung von System-on-Modules, hat kürzlich das iW-RainboW-G40M (Abbildung 3) vorgestellt: das lötbare i.MX-8M-Plus-OSM-Modul. Das iW-Rainbow-G40M integriert den leistungsstarken i.MX-8M-Plus-Prozessor in den kompakten OSM 1.0-Standard und bietet damit leistungsstarke Funktionen für KI und maschinelles Lernen in einem kompakten Modul.

Abbildung 3: Ober- und Unterseite des System-on-Module iW-G40M (Bildquelle: iWave)

Zwei Bildsignalprozessoren (image signal processor, ISP) und ein dedizierter Prozessor für neuronale Netzwerke mit bis zu 2,3 TOPS machen den i.MX 8M Plus mit seinen Fähigkeiten in den Bereichen maschinelles Lernen, Bildverarbeitung und fortschrittliches Multimedia zu einer idealen Lösung für intelligente Gebäude, intelligente Städte, industrielles IoT und vieles mehr.

Hauptmerkmale des Moduls

• i.MX 8M Plus Dual/Quad Lite/Quad
• 2 GB LPDDR4 (bis zu 8 GB)
• 16 GB eMMC (bis zu 256 GB)
• Wi-Fi (802.11b/g/n/ac/ax) (ax optional)
• Bluetooth 5.0
• 2 CAN-FD-Anschlüsse
• 2 RGMII-Schnittstellen
• 1 PCIe 3.0
• 2 LVDS
• LGA-Modul der Größe L

Das Modul bietet Designern eine flexible und skalierbare Option für ihr Produkt und verkürzt gleichzeitig die Zeit bis zur Markteinführung. Mit der Bereitstellung von industriellen Schnittstellen wie CAN-FD, zeitkritischer Vernetzung und Hochgeschwindigkeitsschnittstellen ist der Prozessor ideal für Industrie 4.0 und Automatisierungssysteme geeignet, die eine intelligente und schnelle Verarbeitung von Multimediadaten unterstützen.

Mit einem Entwicklungskit und einem produktionsreifen System-on-Module kann ein Entwickler die Markteinführung bei reduziertem Risiko beschleunigen. Das Modul ist anwendungsbereit und wird mit allen notwendigen Softwaretreibern und Board-Support-Paketen mit Softwareunterstützung für Ubuntu, Android und Linux geliefert.