基于COM Express Mini和Qseven设计系统

随着英特尔的 Apollo Lake 处理器，SGET 发布了 SMARC 2.0 规范，让许多工程师想知道，“我应该选择哪种信用卡大小的外形尺寸 - COM Express Mini、Qseven 或 SMARC 2.0？”

首先，这里有一些保证；行业口号“永不改变运行系统”仍然有效。基于 COM Express Mini 或 Qseven 设计系统的工程师选择了一个可靠的平台，他们可以在未来很多年继续使用这两种外形尺寸。但是对于新系统设计有什么建议呢？那些系统设计者应该考虑什么？这个问题没有简单的答案，需要市场洞察力才能做出正确的决定，所以让我们先简要回顾一下计算机模块 （COM） 的历史，以了解全貌。

DIMM-PC：第一个信用卡大小的模块

信用卡大小的 x86 模块的历史比人们预期的要长，因为在小尺寸趋势开始之前就有了第一个变体。DIMM-PC 是第一个基于 x86 技术的标准化信用卡大小的外形尺寸，早在 1998 年就推出了。它的尺寸为 40 mm x 68 mm，基于 DIMM 内存插槽，具有 144 个专用于 ISA 总线的引脚组合带有额外的标准化 I/O，包括键盘、软盘、IDE 磁盘、LPT 打印机端口、串行接口等。它为专用系统提供了标准化和可扩展的核心。这种模块化方法是新的，并建立了标准化 COM 市场，因为 DIMM-PC 成为这一新类别 x86 板的第一个事实上的标准。

DIMM-PC 模块板载没有复杂的图形（CRT 很常见），因为在那些日子里，图形最常见于专用芯片上，即使在低功耗设备中也是如此。因此，图形必须设计在载板上。DIMM-PC 模块配备了当今领先的低功耗 x86 处理器，例如 40MHz 的 ALI 386SX、100MHz 的 STPC Elite 或 133MHz 的 AMD SC520。但处理器性能的提高导致 DIMM-PC 进入死胡同，因为处理器变得更大。2003 年推出的 Intel Pentium M 处理器和本世纪头十年推出的大多数 x86 处理器对于信用卡大小的模块来说太大且耗电。新的信用卡大小的模块再次推出需要几年时间。

与此同时，PCI 和 PCI Express 等扩展总线被引入，新的 COM 外形不断发展。下一个可用的模块标准是 2000 年的 ETX，支持 ISA 和 PCI。PICMG于2005年正式推出的COM Express增加了PCI Express。这两种规格标准的尺寸都比当时常见的处理器大得多。处理器技术的使用模型也在该时间段内发生了变化。笔记本电脑、平板电脑和智能手机应运而生，智能小型设备的长期趋势由此诞生。由于这些设备同时使用处理器竞争对手 x86 和 ARM，因此有必要重新考虑为 COM 设计新的信用卡大小标准外形尺寸的方式。

COM Express 迷你

COM Express Mini 外形尺寸在 2012 年被 PICMG 批准为 COM Express Basic 和 COM Express Compact 外形尺寸的衍生产品，它没有解决集成 ARM 处理器的需求，而是保留在 x86 生态系统中——但 Qseven 和 SMARC 做到了。 因此，如果您的目标是基于 ARM 的设计或包含两种处理器架构的设计，建议您从您的选择列表中删除 COM Express Mini，因为 COM Express 根本不服务于该架构。

相反，COM Express 提供了其他模块外形所没有的优势。自从 COM Express 于 2003 年作为 ETX Express 推出并于 2005 年被 PICMG 采用以来，它作为一个领先的模块标准有着最悠久的历史。因此，信用卡大小的 COM Express Mini 嵌入了历史悠久的综合 COM Express生态系统。得益于统一的连接器技术和设计指南，即使模块尺寸的引脚在某些区域有所不同，开发人员也可以重复使用许多功能。COM Express Basic 和 Compact 提供 6 型引脚（现在为服务器提供 7 型），COM Express Mini 提供 COM Express 10 型引脚。然而，设计人员有一个标准，他们可以利用它们在 COM Express 的基础上扩展他们的设计，从配备 Intel Atom 处理器的 Mini 模块到用于服务器领域的 Intel Xeon D 处理器。由于引脚变化，存在一些限制，但其余部分 - 包括营销方面，例如提供领先的 COM Express 标准 - 是一致的。

COM Express Type 10 仅提供 220 个引脚这一事实略有限制。尽管如此，在 I/O 方面，它提供了完整的类似 PC 的功能集，包括 LVDS 和 DDI 图形、千兆以太网、PCI Express 和用于通用扩展的 USB，以及串行接口和 GPIO。最后，谁在一个设计中使用了所有不同的 I/O？总体而言，COM Express Mini 是一个成熟的选择，但如果您的设计没有与进一步的 COM Express 设计相结合，那么 Qseven 和 SMARC 2.0 可能更有吸引力。那么 Qseven 与 SMARC 2.0 的区别是什么，反之亦然？

230 还是 314 引脚？

在连接器方面，Qseven 提供 230 个引脚，而 SMARC 2.0 提供 314 个引脚。SMARC 更面向功能丰富的多媒体应用，而 Qseven 提供更多 I/O，这是深度嵌入式和工业领域的要求。所有其他好处都是可比的。与 COM Express 相比，这两种标准都可以实现更纤薄的设计，因为它们的边缘连接器是平的。两者都有可靠的连接器供应商，其中三个供应商支持 Qseven 连接器，两个供应商支持 SMARC 2.0 连接器。

Qseven 和 SMARC 2.0 之间接口数量的差异在某种程度上也是一个价格指标。Qseven 专为不太复杂的设计而设计，SMARC 专为需要信用卡大小模块的高端应用而设计。因此，一般而言，任何决定都取决于嵌入式系统的任务。一旦了解了这种差异，您就可以查看首选模块类别的专用接口，然后决定它是否适合，因为从供应商和市场份额的角度来看，今天的格局或多或少是平衡的。Technavio 等分析师的最新研究表明，在 2016 年至 2020 年的预测期内，全球 COM 市场预计将以接近 18% 的复合年增长率增长，而 COM Express、SMARC 和 Qseven 目前是主要的外形因素。

Qseven 接口与 SMARC 2.0 接口

为了最终确定最适合 ARM 或 x86 低功耗处理器的小尺寸模块标准，我们现在只需检查接口（表 1）。

［表 1 | 通过 COM Express Mini、Qseven 2.1 和 SMARC 2.0 连接器的本地 I/O］

如上所述，Qseven 非常适合工业和深度嵌入式设计。为此，它通过多达 2 个 USB 3.0、8 个 USB 2.0 以及多达 4 个串行接口或 CAN 总线提供出色的工业外围设备支持。此外，最多可以通过模块上的扁平箔连接器连接两个 MIPI CSI 相机。对于互联网连接，它还具有一个千兆以太网端口。至于显示器支持，Qseven 模块最多可驱动三个独立显示器。

SMARC 2.0 模块提供几乎相同的整体功能集，但将 I/O 数量更多地平衡到数字标牌、自动售货机和信息娱乐等市场的多媒体应用。与 Qseven 相比，SMARC 最多支持四个独立显示器。此外，音频通过高清音频和 I²S 并行扩展，这在许多手持消费设备中很常见。与 Qseven 相比，相机输入是通过连接器执行的。

SMARC 2.0 提供的一项独特功能是对模块本身的无线技术的支持。为此，规范在模块上保留了一个专门用于放置微型射频连接器的特殊区域。所有具有无线功能的 SMARC 2.0 模块都将这些连接器置于相同位置，以确保一致的互换性。理想情况下，WLAN 和蓝牙等逻辑设备的连接以模块化方式集成，并符合 M.2 1216 接口规范。这允许广泛选择无线电协议，从而使最终用户应用程序的定制具有高度灵活性。

此外，SMARC 2.0 还支持 2x 千兆以太网，这对于连接的应用程序来说是一个特别的优势，因为它支持逻辑和安全方面完全分离的两个独立网络，或者节省电缆的线路甚至冗余环形拓扑。例如，如果您想在火车、公共汽车和飞机中使用功能强大的信息娱乐和流媒体网关，您可以使用 SMARC 以信用卡格式将所有必需的组件预先集成在单个模块上。

结论

确定最佳信用卡大小的外形尺寸是设计评估过程中所有新连接的坚固型移动设备、车载系统、物联网设备和网关以及瘦客户端直至迷你边缘和云服务器的重要步骤。所有三个最新的信用卡大小的模块标准都提供了独特的优势——您可以决定哪种优势最适合您的设计。

同样重要的是选择正确的模块供应商。在这里，有必要找出那些可以最大程度和尽可能高效地简化这些嵌入式模块使用的模块。这方面的一个指标是，它们应该提供所有外形尺寸，而不仅仅是一些外形尺寸，因为它可以为您提供更好的咨询以及从一种外形尺寸迁移到另一种外形尺寸的更好选择。此外，请查看 BSP、固件和通信中间件，因为它们在互联世界中变得越来越重要。

这并不意味着供应商应该用整个系统的云来补充其产品，因为它永远不会完全满足客户的需求。更重要的是仔细查看电路板和模块级别本身提供的内容。例如，板管理控制器是专有的吗？然后小心，因为它可能被证明是一个死胡同。最好选择开放的、非专有的 API，因为开放性和标准是现有工程工作最有效和最简化重用的基础。还要检查是否为 ARM 和 x86 提供了集成支持，因为最好让一名工程师支持统一产品系列的两种架构，而不是让两名不同的工程师拥有两条不同的产品线。这也需要统一的 API。

最后，检查文档。最好有更多的内容页面，而不是只有最低限度的内容。还要考虑在您或您的客户所在的任何地方依赖当地的制造能力。这将允许您或您的客户在当地购买，还可以帮助解决潜在的政府贸易限制。

Qseven 和 SMARC 2.0 之间的主要区别在于接口的数量，它将应用领域划分为更深入的 Qseven 嵌入式应用和更专注于 SMARC 2.0 的多媒体设计。

【图1 | Intel Atom、Celeron 和 Pentium 处理器可用于 SMARC 2.0、Qseven、COM Express Mini 模块甚至 COM Express Compact 模块。］

各种信用卡大小的模块的占用空间仅略有不同。

审核编辑：郭婷