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Banana Pi推出基于龙芯2K1000LA处理器的信创工业控制开发平台

Banana Pi开源硬件 2023-09-04 09:40 次阅读

Banana Pi推出基于龙芯2K1000LA处理器的信创工业控制开发平台:BPI-5202信创工业控制开发平台

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BPI-5202 龙芯2K1000LA 信创工业控制开发平台

1.1 工控机的应用场景

物联网的狂潮,既是一场众多的计算机软硬件厂家(也包括通讯方案和产品厂家,其本质也是计算机系统,甚至是嵌入式系统的软硬件厂家)尝试进入利润相对较高的行业监控市场的前赴后继的尝试;也是一场开启“民觉民智”,普及专业知识的启蒙运动。这个已经持续了十数年的大风暴,使普罗大众对监视和控制的应用需求和想象,扩展到了各行各业的每个角落

“云—管—边—端”的概念,是以互联网思维和术语,对监视控制原理做了经典的总结与归纳;但从技术发展历史看,它远非全新概念和新技术,实际上是数十年来各行业监控应用所采用的主流模式和架构

l 云:实现监控中心系统及更多高级应用软件和算法的计算机系统。这里的“云”,既包括互联网上的“公有云”,也包括企业局域网上的“私有云”。构建“云”的计算机系统,目前主要为高端X86+Windows/Linux服务器,及其集群

l 管:为设备两侧提供各种效率、可靠、便捷、高性价比的有线/无线通道。不仅在“云”和”边“之间有“管”的存在,例如广域以太网网、4G/5G等;在应用现场的“边”和“端”之间,也有适合现场应用场景的有线/无线的“管”的存在,比如局域以太网、串口、高速电力线载波(HPLC)、LoRaZigBee、WIFI等

l 边:用于完成现场计算任务的计算机系统。”的主要角色,早期由传统工控机、或者在要求不那么严格时,用一般的台式机及服务器来承担;目前开始出现以中高端LoongArch/ARM架构嵌入式系统构建嵌入式工控机的趋势

l 端:用于实现对行业应用中对主设备(一次设备)进行监视和控制的装置(二次设备)、以及物联网环境中对各类主设备进行监控的设备(二次设备)。“”的主要角色,早期由低端的嵌入式单片机系统实现;目前以逐渐过渡到以中低端嵌入式系统(主频1GMHz以下)为主流方案

从以上的分析不难看出,工控机的应用,主要定位在“边”的层面。作为“边”的具体应用,嵌入式工控机主要承载以下两种类型的功能:

l 自动运行类,如网关、NVR、路由器、防火墙等,通过特别设计的工业级中低档嵌入式计算机系统实现。部分具有简单的基于字符/位图的展示和特殊按键的参数配置和状态显示功能

l 交互运行类,完成监控和系统(含HMI人机交互界面)等功能,通过特别设计的工业级中高档嵌入式计算机系统实现,具有矢量化图形系统的交互能力

嵌入式系统的CPU种类很多

ARM系列,国外的有:恩智浦(NXP)、高通(QUALCOMM)、德州仪器TI)、三星(SAMSUNG);国内的有:飞腾、全志、瑞星微、海思

龙芯(LoongArch)系列,龙芯家族中的2系列,主要面向“边“及高级“端”的应用;1系列,主要面向中低级“端”的应用。

1.1 龙芯CPU架构简介

龙芯CPU是龙芯中科自主研发的具有完整自主知识产权的CPU产品.龙芯CPU面向国家信息化建设的需求,面向国际信息技术前沿,以安全可控为主题,以产业发展为主线,以体系建设为目标,坚持自主创新,掌握计算机软硬件的核心技术,为国家安全战略需求提供自主、安全、可靠的处理器,为信息产业及工业信息化的创新发展提供高性能、低成本、低功耗的处理器。

龙芯CPU系列产品包括:面向行业应用的专用小CPU、面向工控和终端类应用的中CPU、以及面向桌面与服务器类应用的大CPU。在国家安全、电脑及服务器、工控及物联网等领域与合作伙伴展开广泛的市场合作。

龙芯嵌入式CPU(1系列和2系列)主要应用于网络通信安全产品、指纹密码产品、工控互联网、行业应用等领域,与板卡、软件、整机厂商建立了紧密的合作关系。

国内主要网安企业的国产防火墙、交换机、网闸、路由器、各类数据通讯终端等产品,均使用龙芯CPU研发;在工控互联网领域,PLC、DTU、FSU、集中器、网络开票机、交通灯、门禁门锁、工控集终端等,正在快速增长。在SOC设计领域:行业SOC、数字电视、机顶盒、电力SOC等。

1.2 龙芯2K1000LA CPU简介

1.2.1 CPU说明

龙芯2K1000LA处理器是面向网络安全、移动智能终端、高性能边缘计算场景应用需求的双核处理器芯片。龙芯2K1000 处理器集成两个GS264 处理器核,芯片外围接口包括两路x4 PCIE2.0、一路SATA2.0、4 路USB2.0、两路DVO、64 位DDR2/3,及其它各种小接口。该芯片可以满足中低端网络安全领域应用需求,并为其扩展应用提供相应的接口

龙芯2K1000LA处理器,是全新的LoongArch架构处理器,与2K1000实现了PIN2PIN兼容。对比2K1000,2k1000LA性能提升20%,功耗降低20%,更重要的是,彻底摆脱了MIPS架构

BPI-5202 工业成品与应用开发平台

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BPI-5202 龙芯2K1000LA 信创工业控制开发平台

BPI-5202嵌入式边缘计算工控机,有三个不同的角色:

l 作为工业成品:以其所具有的功能(轻量级PLC、协议网关、视频网关、综合网关等功能),直接应用于工程项目现场

l 作为二次开发的基础平台,为应用开发者提供各类开发工具和协议解析数据库接口,大大缩短各类行业应用产品的开发周、降低开发难度

l 作为单纯的国产化自主可控的嵌入式边缘计算平台,为应用开发者提供较强算力的边缘计算支持

BPI-5202支持工业级标准

l 工业级低功耗设计,现场长期稳定运行

l 支持-40℃~+85℃宽温运行(高温环境下需选配合适的散热片/风扇)

l 执行GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5标准,EMC III级

l 支持双机冗余

数据+视频现场整合

l 多年积累的300+国际/国家/行业/企业协议库,即插即连,提高接入效率,解析数据准确

l 视频RTSP/RTMP,Onvif/GB28181功能,流媒体服务器功能,H.264/H.265播放功能,数据联动短视频联动报警录像功能,摄像头AI分析事件捕获/上传功能,数据OSD打码功能

l 解决长期以来视频监控独立于数据监控、需要视频厂家前端+后端绑定方案痼疾和痛点

多种南向/北向通信方式

l 支持2个独立MAC千兆自适应网口

l 支持2个RS485和1个RS232串口;通过机箱扩展和扩展板,可以多支持7个RS485

l 支持2路CAN接口;

l 支持扩展WIFI、4G/5G通信

HMI及上位机功能集成

多核架构、资源丰富、算力强劲、可信计算

l 龙芯高性能处理器2K1000LA,主频1.0GHz,4G DDR3

l 1 x mini PCIE接口,可接入4G模块、Wifi模块或AI算力卡;

l 内置软件狗加密芯片

l 可信平台模块,保障设备与通信安全

多种二次开发接口

l C、表达式、梯形图、JavaPython、SqLite编程接口

l Docker功能

Banana Pi BPI-5202典型应用场景

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BPI-5202 龙芯2K1000LA 信创工业控制开发平台

适用于国产化自主可控需求中涉及多通道/多协议接入、数据处理与整合的应用场景:

l 变电站/配电间自动化系统中各类(串口/网口/IO电气量)数据采集单元、测控装置、保护设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制

l 机房动力环境监控、泵房监控系统中各类(串口/网口/IO电气量)自动化控制设备、PLC、变频器设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制

l 智慧城市、智慧园区、智慧校园系统中各类(串口/网口/电气量IO)物联网传感器设备、控制设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制

l 智能配电房、机房动力环境、泵站、智慧园区、智慧校园、智能制造等现场的视频前段设备接入

l 配合后台API和平台,为应用开发商和用户提供不依赖视频厂家SDK和后台系统的低成本、易开发的独立安全的视频监控整合方案

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BPI-5202 龙芯2K1000LA 信创工业控制开发平台

Banana Pi BPI-5202产品级解决方案:

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BPI-5202龙芯2K1000LA产品级解决方案

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BPI-5202龙芯2K1000LA产品级解决方案

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BPI-5202龙芯2K1000LA外部连接方式

Banana Pi BPI-5202支持丰富的IO扩展:

模块化设计,支持丰富扩展

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BPI-5202支持模块化设计,提供丰富的扩展接口,可以采用基本单元 + 5个扩展单元,支持按需配置。

BPI-5202支持模块化设计,提供丰富的扩展接口,可以采用基本单元 + 5个扩展单元,支持按需配置。扩展IO单元模块包括:

*7 x RS485模块,带隔离

*16 x DI模块(开关输入模块),无源输入(最多支持5个模块混插)

*16 x DO模块(开关输出模块),继电器输出(最多支持5个模块混插)

*8 x DI+8 x DO O模块(开关输入/输出模块),继电器输出(最多支持5个模块混插)

*8 x AI + 4 x AO 模块(模拟量输入输出模块),支持0-5V、0-20mA输入

*可根据需求定制Lora、ZigBee、433M无线传输模块、电力线载波模块、以及其它功能模块

*支持第三方自行定制功能板卡,并与BPI-5202实现通信

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