Blog

STM32, i.MX, Renesas czy FPGA? Jak wybrać platformę embedded i uniknąć kosztownych błędów projektowych

Jak wybrać platformę embedded? Krótka odpowiedź

Wybór platformy embedded powinien wynikać z wymagań funkcjonalnych urządzenia, oczekiwanej wydajności, poboru energii, sposobu komunikacji, wymagań dotyczących czasu rzeczywistego oraz planowanego cyklu życia produktu. Nie istnieje uniwersalne rozwiązanie odpowiednie dla wszystkich projektów. Każda architektura posiada własne zalety, ograniczenia oraz obszary zastosowań, które należy analizować indywidualnie.

Jak wybrać platformę embedded do nowego projektu?

Wybór platformy embedded to jedna z najważniejszych decyzji podejmowanych podczas projektowania nowego urządzenia elektronicznego. Jej konsekwencje są odczuwalne przez cały cykl życia produktu – od projektowania elektroniki, przez rozwój firmware, aż po produkcję seryjną, certyfikację i późniejsze utrzymanie.

W praktyce wiele problemów projektowych nie wynika z błędów popełnionych podczas projektowania PCB. Ich źródłem jest niewłaściwie dobrana architektura sprzętowa. Zbyt mała wydajność może ograniczać funkcjonalność urządzenia, natomiast przewymiarowana platforma może zwiększać koszt BOM, pobór energii i złożoność całego projektu.

Dlatego analiza wymagań powinna poprzedzać wybór konkretnej technologii.

Jakie zadania ma wykonywać urządzenie?

Inne wymagania będzie miał bezprzewodowy czujnik środowiskowy, inne sterownik przemysłowy, a jeszcze inne urządzenie analizujące dane z kamer lub czujników wysokiej częstotliwości.

Dobór platformy powinien wynikać z rzeczywistych wymagań funkcjonalnych projektu, a nie wyłącznie z popularności konkretnego rozwiązania lub wcześniejszych doświadczeń zespołu.

Czy urządzenie będzie zasilane bateryjnie?

W urządzeniach mobilnych i IoT pobór energii jest często jednym z najważniejszych parametrów wpływających na wybór architektury sprzętowej.

Czy potrzebny jest interfejs graficzny?

Wyświetlacze, animacje, ekrany dotykowe oraz rozbudowane interfejsy użytkownika znacząco wpływają na wymagania sprzętowe i mogą wymagać zupełnie innego podejścia do projektowania systemu.

Jakie są wymagania dotyczące czasu rzeczywistego?

W wielu aplikacjach przemysłowych, medycznych lub związanych z automatyką kluczowe znaczenie ma przewidywalność działania oraz gwarantowany czas reakcji systemu.

Jak długo produkt będzie obecny na rynku?

Urządzenia przemysłowe, medyczne i infrastrukturalne często pozostają w produkcji przez wiele lat. W takich przypadkach równie ważna jak wydajność staje się dostępność komponentów i polityka producenta dotycząca długoterminowego wsparcia.

Najważniejsze kryteria wyboru platformy embedded

Wydajność obliczeniowa

Ocena wydajności powinna uwzględniać między innymi:

ilość danych do przetworzenia,
częstotliwość próbkowania sygnałów,
wymagania komunikacyjne,
wykorzystanie algorytmów DSP,
funkcje związane ze sztuczną inteligencją,
obsługę grafiki i multimediów.

Kluczowe znaczenie ma znalezienie równowagi pomiędzy wymaganiami projektu a kosztami wdrożenia.

Pobór energii

W przypadku urządzeń bateryjnych pobór energii bezpośrednio wpływa na czas pracy systemu oraz dobór źródła zasilania.

Koszt całkowity projektu

Cena samego procesora stanowi jedynie część kosztów całego produktu. Należy uwzględnić również:

pamięci zewnętrzne,
układy zasilania,
złożoność PCB,
czas rozwoju oprogramowania,
testowanie,
certyfikację,
przyszłe utrzymanie produktu.

Dostępność komponentów

Dostępność układów elektronicznych może mieć istotny wpływ na harmonogram projektu oraz możliwość późniejszej produkcji seryjnej.

STM32 w projektach embedded

Rodzina STM32 należy do najpopularniejszych platform wykorzystywanych w systemach embedded. Obejmuje szeroki zakres mikrokontrolerów przeznaczonych zarówno do prostych urządzeń, jak i bardziej zaawansowanych aplikacji wykorzystujących przetwarzanie sygnałów czy rozbudowane interfejsy komunikacyjne.

Do najczęściej wskazywanych zalet należą:

szeroka oferta układów,
rozbudowany ekosystem narzędzi,
duża społeczność użytkowników,
szeroka dostępność materiałów technicznych.

Zakres zastosowań zależy od konkretnej rodziny układów oraz wymagań projektu.

i.MX i systemy Linux Embedded

Procesory i.MX są często wykorzystywane w urządzeniach wymagających większej wydajności obliczeniowej, obsługi zaawansowanej grafiki lub rozbudowanych funkcji systemowych.

W wielu projektach spotyka się je między innymi w:

panelach operatorskich,
urządzeniach HMI,
terminalach przemysłowych,
systemach komunikacyjnych,
urządzeniach wykorzystujących Linux Embedded.

Zastosowanie procesorów aplikacyjnych wiąże się jednak również z większą złożonością sprzętu oraz oprogramowania.