Computer-on-Modules worden miniatuur met de nieuwe OSM-standaard

Er is een nieuwe standaard uitgebracht voor computer-op-modules die tot doel heeft de footprint en interfaceset van applicatieprocessors met laag vermogen en ultralaag vermogen te standaardiseren op basis van MCU32-, ARM- en x86-architecturen voor verschillende sockets, fabrikanten en architecturen.

Release 1.0 van de OSM computer-on-module-specificatie, waarbij OSM staat voor open standard module, definieert een van de eerste standaarden voor direct soldeerbare en schaalbare embedded computermodules. Het markeert ook een mijlpaal in de miniaturisering van modulaire COM/carrier-ontwerpen, waarbij modules ter grootte van een creditcard worden vervangen door exemplaren ter grootte van een postzegel met een maximale voetafdruk van 45 mm x 45 mm.

De specificatie is gedefinieerd door SGET (Standardization Group for Embedded Technologies), een non-profitorganisatie met hoofdkantoor in München, Duitsland. Doeltoepassingen van de nieuwe modulestandaard zijn onder meer internet of things (IoT) verbonden embedded en edge-systemen die open-source besturingssystemen draaien en worden gebruikt in ruwe industriële omgevingen.

"OSM-modules geven ODM's en OEM's een ultraminiatuur vormfactor met aantrekkelijke prijzen en hoge schaalbaarheid. Aangezien de modules toepassingsklaar zijn en worden geleverd met alle benodigde softwarestuurprogramma's en BSP's, en aangezien de specificatie open source is - zowel wat betreft de hardware als de software - verwachten we dat ze van groot belang zullen zijn voor het wereldwijd actieve embedded en IoT-systeem ontwikkelingsgemeenschap”, zegt Martin Unverdorben, voorzitter van het standaardontwikkelingsteam SGET STD.05, dat in oktober 2019 van start ging.

Net als computer-op-module standaarden en producten, vereenvoudigen en versnellen OSM-modules het ontwerp van processors. Tegelijkertijd worden applicaties processor-agnostisch, waardoor ze schaalbaar en toekomstbestendig zijn. Volgens SGET beschermen ze ook NRE-investeringen en verlengen ze de beschikbaarheid op lange termijn, waardoor uiteindelijk het investeringsrendement en de duurzaamheid van embedded systemen toenemen. Naast deze voordelen – die OSM-modules gemeen hebben met alle eerdere computer-on-module-specificaties – biedt de OSM-specificatie een extra niveau van robuustheid als gevolg van het BGA-ontwerp en de geautomatiseerde oppervlaktemontagetechnologie (SMT), die de productiekosten bij serieproductie.

Alle OSM-modules worden ook gepubliceerd en gelicentieerd onder Creative Commons Plus (CC+) dubbele licentie. Dit maakt een open licentiemodel mogelijk, zoals de Creative Commons Attribution-ShareAlike-licentie (CC B-SA 4.0) voor een gedefinieerde set materialen, componenten en software, en een commerciële licentie voor alles wat niet in deze set zit. Dit zorgt ervoor dat ontwikkelingsgegevens, zoals blokdiagrammen, bibliotheken en stuklijsten die het resultaat zijn van de ontwikkeling van OSM-modules, openbaar beschikbaar zullen zijn. Toch is het nog steeds mogelijk om de intellectuele eigendommen (IP) van een ontwerp van een draagbord commercieel in licentie te geven zonder het open-source idee te schenden.

De nieuwe OSM-specificatie breidt het portfolio van SGET-modulespecificaties uit met soldeerbare BGA-minimodules die aanzienlijk kleiner zijn dan eerder beschikbare modules. De grootste OSM-module, met afmetingen van 45x45 mm, is 28% kleiner dan de µQseven (40x70 mm), een standaard die ook door SGET wordt gehost, en 51% kleiner dan SMARC (82x50 mm).

Andere moduleformaten in de nieuwe OSM-specificatie zijn kleiner. OSM Grootte-0 (nul) heeft de kleinste voetafdruk met 188 BGA-pinnen op 30x15mm. OSM Maat-S (klein) meet 30x30 mm met 332 pinnen, OSM Maat-M (Medium) biedt 476 pinnen op 30x45 mm en maat L (groot) – zoals eerder vermeld – meet 45x45 mm met 662 BGA-pinnen. SMARC specificeert daarentegen 314 pinnen en Qseven 230. Dit betekent dat het BGA-ontwerp het mogelijk maakt om aanzienlijk meer interfaces te implementeren op een kleinere footprint - wat baanbrekend is, zowel in termen van miniaturisatie als de toenemende complexiteit van vereisten.

Welke functiesets zijn beschikbaar in de verschillende grootteconfiguraties?
De interfaces variëren in type en ontwerp, afhankelijk van de grootte van de OSM-modules. In maximale configuraties bieden OSM-modules alle functies die deel uitmaken van een open programmeerbaar embedded, IoT- of edge-systeem, inclusief GUI.

Modules vanaf maat S bieden video-interfaces voor maximaal 1x RGB en 4-kanaals DSI. Maat-M-modules kunnen bovendien 2x eDP/eDP++ ondersteunen, en Maat-L voegt 1x LVDS-interface toe voor grafische afbeeldingen. Daarom kunnen maximale configuraties tot 5 video-uitgangen parallel leveren. Alle modules vanaf maat S bieden verder een 4-kanaals camera seriële interface (CSI). Maat-L-modules bieden tot 10 PCIe-lanes voor snelle aansluiting van randapparatuur; Maat-M biedt 2x PCIe x1 en Maat-S 1x PCIe x1. Gezien hun extreem geminiaturiseerde voetafdruk, beschikken de modules van Size-0 niet over een van de genoemde I/O's, maar bieden ze wel alle interfaces die worden vermeld in de OSM-specificatie, die voorziet in tot 5x Ethernet voor systeem-naar-systeemcommunicatie.

Bovendien hebben alle modules een zogenaamd communicatiegebied, met 18 pinnen voor antennesignalen voor draadloze communicatie of de integratie van veldbussen. Vervolgens zijn er tot 4x USB 2.0 of 2x USB 3.0 (alleen in maat L), tot 2x CAN en 4x UART. Flash-opslagmedia kunnen via UFS worden aangesloten. Tot 19 pinnen zijn verder beschikbaar voor fabrikantspecifieke signalen.

Tot slot, en om de functieset compleet te maken, zijn er tot 39 GPIO's, SPI, I2C, I2S, SDIO en 2x analoge ingangen. Als beveiliging voor de toekomst en om ervoor te zorgen dat toekomstige uitbreidingen achterwaarts compatibel zijn, zijn tot 58 pinnen gereserveerd voor toekomstige doeleinden.