行业应用越来越倚重物联网(IoT)网关以实现边缘设备与传感器的云控制或后端控制,从而促进机器对机器(M2M)交互。许多行业IoT应用均要求本地人机界面(HMI)与数据存储,避免使用无头网关。

在Intel IoT®网关设计条件下,要实现视觉界面和存储,通常需要从基于Intel® Quark™ SoC的无头网关强化为使用Intel® Atom™处理器或Intel® Core™处理器的网关。 但对受到功耗和成本限制的特定应用而言,这可能会超出设计参数。 可喜的是,Intel®物联网解决方案联盟General级会员Silicon Motion提出了解决方案。 其Osprey Visual IoT平台将基于Intel Quark SoC的Intel IoT网关解决方案与自家公司的SM750图形控制器及Ferri-eMMC*嵌入式内存结合了起来(图1

)。该解决方案能够加速针对这些受到功耗与成本限制之应用的产品设计,也为创造使用低功耗行业标准Intel®平台的智能基建设备开辟了新。              

图1. Silicon Motion的Osprey Visual IoT平台是一项采用了自家公司SM750图形控制器及Ferri-eMMC*嵌入式内存的基于Intel® Quark™ SoC的Intel® IoT网关设计。[/caption] 乍看之下,Intel® Atom™处理器E3815等的低功耗神话似乎难以打破。该处理器的散热设计功耗(TDP)只有5W。但增加一块主板后,总运行功率会升到6至10W。

Silicon Motion的Osprey Visual IoT平台(图2

)一开始仅以2.2W运行Intel Quark SoC。加入主板、图形控制器和嵌入式内存后,运行功耗只需4.1W即可运行双显示器,而运行单显示器仅需不到4W。 

图2. Silicon Motion Osprey Visual IoT平台(107mm x 115mm)。

运行功耗如此低,主要靠几个因素。 有了Silicon Motion SM750图形控制器(图3

),Intel Quark SoC只需要作为指令与控制处理器来管理图形,而无需积极参与其中。 此外,Silicon Motion的机载帧缓冲存储器能够极其高效地卸载处理器内存的显示刷新任务。   

图3. Silicon Motion SM750图形控制器的照片与示意图。[/caption]

在承担一定工作负荷时,运行功耗甚至可以更低。 Silicon Motion的ReduceOn智能电源管理特征能以算法形式改变SM750图形控制器的时钟并关闭未用单元,从而在不减损质量或性能的情况下大量降低功耗。 此外,控制器的低功耗空闲模式会让帧缓冲存储器处于自我刷新状态,以便在唤醒时快速响应(瞬间启动)。 Silicon Motion通过结合SM750图形控制器卸载处理器任何图形管理任务的能力与控制器内置电源管理特征,提出了可能是当今可用于Intel处理器的最低功耗显示解决方案。 Silicon Motion测量结果表明,SM750即使在驱动两个全高清显示屏时也只需使用不到1.5W的功耗。 其成本也十分低廉。 Silicon Motion预计其Osprey Visual IoT平台的成本大概为基于Intel Atom处理器E3815之Intel IoT网关的三分之二。 Osprey Visual IoT平台虽然将功耗和成本维持在较低水平,但其性能却毫不逊色。 SM750图形控制器具有同时针对模拟RGB(VGA)与数字显示(HDMI/DVI)的双全高清1920x1080显示输出能力。此外,平台还针对机器视觉、视频捕捉与测试分析应用设置了视频输入端口以直接将视频数据捕捉至帧缓冲器,从而卸下了处理器的负担。SM750采用A/D视频转换器,能直接将YUV(减少带宽的彩色编码)输入帧缓冲器。视频可以在输入过程中转换成RGB,也可以存为YUV格式以供SM750在后端显示输出时转换为RGB。必要时,处理器可以通过PCIe界面在帧缓冲器获取视频数据以进行图像处理。 Silicon Motion将其图形产品打包放入多芯片模块(MCM)并搭载嵌入式视频存储器,以实现成本效益最大化和功耗最小化并延长了设备使用寿命。 通过整合图形基础元素而实现出色的可靠性和灵活性,从而得以满足广泛应用的需求。 高度可靠的固态系统存储

存储组件Ferri-eMMC是一项具有成本效益且高度可靠的单一封装嵌入式内存解决方案,该方案完全兼容行业与商业应用的JEDEC标准eMMC 4.5协议(图4

)。Ferri-eMMC基于Silicon Motion的高级NAND管理技术——包括纠错、坏块管理和NAND健康监控,为行业嵌入式应用提供了稳健的固态系统存储。它包括:

  • 高级ECC管理、耗损均衡与数据刷新特征,在读干扰的情况下实现出色的数据保持和保护
  • 高级系统级别保护,在电源不稳定的情况下实现可靠的数据保护

图4. Silicon Motion Ferri-eMMC*嵌入式内存存储解决方案示意图。[/caption] 图4. Silicon Motion Ferri-eMMC*嵌入式内存存储解决方案示意图。

Ferri-eMMC可用于2GB至32GB配置, 可同时适应商业(-25°C至85°C)与行业温度等级(-40°C至85°C)。 用Intel® IoT网关变出边缘数据的价值

Intel IoT网关提供了一套从边缘到数据中心的弹性可扩展基建。 Intel IoT网关可用于各种应用,其弹性架构能够吸收各种数据,其性能也能够满足不同的工作负荷需求,因此能帮助公司扩展以满足不断变化的需求并在未来证明其运营成果。 Osprey Visual IoT平台以Intel IoT网关设计为基础,囊括了Intel、McAfee和Wind River的预集成和预认证硬件软件。 公司可以借助这些组件开发网关、制作网关原型并配置智能安全的网关,还可以维持新基建与旧系统——包括传感器与数据中心服务器——之间的互用性。 Intel IoT网关采用了将Intel®处理器硬件安全与操作系统和应用软件紧密结合的安全技术,实现了从边缘到云端的无缝安全数据流,从而同时保护了流动数据和静止数据。 Intel的低功耗SoC

Intel Quark SoC是Intel的最低功耗安全SoC。 它通过将I/O界面、时钟和电压调节器整合至15mm x 15mm封装,简化了设计,并减少了平台所需的外部组件。其特征包括:

  • 球间距为0.593的BGA封装,实现了成本敏感应用的低成本PCB设计
  • 丰富的I/O,提供了两个片上Ethernet*界面、PCI Express、* USB 2.0、SD/SDIO/eMMC、SPI、UART和I2C/GPIO
  • Intel® Pentium®处理器指令集架构(ISA),让应用能够在无需重新编译代码的情况下从Intel® Quark™ SoC扩展到基于Intel® Atom™和Intel® Core™处理器的平台
  • 兼容32位Intel®架构解决方案,其硅片能够在缩短新产品上市时间的同时维持与旧方案的互用性
  • 拓展温度范围(-40°C至+85°C),支持受到热限制的环境以及恶劣运作环境。

结论 Osprey Visual IoT平台让基于Intel Quark SoC的Intel IoT网关设计具备了出色的显示和存储能力,并尽量降低了功耗与成本。 我们的解决方案目录包括了其他也提供图形的低功耗Intel IoT网关设计,不过均未能达到如此低的功耗

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此博客中的解决方案:
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  • SM750 图形控制器
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