Computer-on-Modules werden mit neuem OSM-Standard verkleinert

Für Computer-on-Module wurde ein neuer Standard veröffentlicht, der darauf abzielt, den Footprint und den Schnittstellensatz von Low-Power- und Ultra-Low-Power-Anwendungsprozessoren basierend auf MCU32-, ARM- und x86-Architekturen über verschiedene Sockel, Hersteller und Architekturen hinweg zu standardisieren.

Release 1.0 der OSM Computer-on-Module Spezifikation, wobei OSM für Open Standard Module steht, definiert einen der ersten Standards für direkt lötbare und skalierbare Embedded Computer Module. Es markiert auch einen Meilenstein in der Miniaturisierung von modularen COM/Carrier-Designs und ersetzt Module in Kreditkartengröße durch solche in Briefmarkengröße mit einer maximalen Grundfläche von 45 mm x 45 mm.

Die Spezifikation wird von der SGET (Standardization Group for Embedded Technologies), einem gemeinnützigen Verein mit Sitz in München, definiert. Zielanwendungen des neuen Modulstandards sind unter anderem mit dem Internet der Dinge (IoT) verbundene Embedded- und Edge-Systeme, die Open-Source-Betriebssysteme ausführen und in rauen Industrieumgebungen eingesetzt werden.

„OSM-Module bieten ODMs und OEMs einen ultraminiaturen Formfaktor mit attraktiven Preisen und hoher Skalierbarkeit. Da die Module anwendungsbereit sind und alle notwendigen Softwaretreiber und BSPs enthalten und die Spezifikation sowohl hardware- als auch softwareseitig Open Source ist, erwarten wir ein hohes Interesse für das weltweit agierende Embedded- und IoT-System Entwicklungsgemeinschaft“, sagte Martin Unverdorben, Vorsitzender des SGET STD.05-Standardentwicklungsteams, das im Oktober 2019 seine Arbeit aufnahm.

Ähnlich wie Computer-on-Module-Standards und -Produkte vereinfachen und beschleunigen OSM-Module das Design-In von Prozessoren. Gleichzeitig werden Anwendungen prozessoragnostisch, was sie skalierbar und zukunftssicher macht. Laut SGET schützen sie auch NRE-Investitionen und verlängern die Langzeitverfügbarkeit, was letztendlich den Return on Investment und die Nachhaltigkeit eingebetteter Systeme erhöht. Neben diesen Vorteilen – die OSM-Module mit allen früheren Computer-on-Module-Spezifikationen gemeinsam haben – bietet die OSM-Spezifikation durch ihr BGA-Design und die automatisierte Oberflächenmontage-Technologie (SMT) ein zusätzliches Maß an Robustheit, das weiter reduziert werden kann Produktionskosten in der Serienfertigung.

Alle OSM-Module werden außerdem unter der Dual-Lizenz Creative Commons Plus (CC+) veröffentlicht und lizenziert. Dies ermöglicht ein offenes Lizenzmodell wie die Creative Commons Attribution-ShareAlike-Lizenz (CC B-SA 4.0) für einen definierten Satz von Materialien, Komponenten und Software sowie eine kommerzielle Lizenz für alles, was nicht in diesem Satz enthalten ist. Dadurch wird sichergestellt, dass Entwicklungsdaten, wie Blockschaltbilder, Bibliotheken und Stücklisten, die aus der Entwicklung von OSM-Modulen resultieren, öffentlich zugänglich sind. Es ist jedoch immer noch möglich, das geistige Eigentum (IP) eines Trägerplatinendesigns kommerziell zu lizenzieren, ohne die Open-Source-Idee zu verletzen.

Die neue OSM-Spezifikation erweitert das Portfolio der SGET-Modulspezifikationen um lötbare BGA-Minimodule, die deutlich kleiner als bisher verfügbare Module sind. Das größte OSM-Modul mit den Maßen 45 x 45 mm ist 28 % kleiner als das µQseven (40 x 70 mm), ein ebenfalls von SGET gehosteter Standard, und 51 % kleiner als SMARC (82 x 50 mm).

Andere Modulgrößen in der neuen OSM-Spezifikation sind kleiner. OSM Size-0 (Null) hat mit 188 BGA-Pins auf 30x15mm den kleinsten Footprint. OSM Size-S (klein) misst 30x30mm mit 332 Pins, OSM Size-M (Medium) bietet 476 Pins auf 30x45mm und Size-L (large) misst – wie bereits erwähnt – 45x45mm mit 662 BGA-Pins. SMARC spezifiziert im Vergleich dazu 314 Pins und Qseven 230. Das bedeutet, dass durch das BGA-Design deutlich mehr Schnittstellen auf kleinerem Footprint realisiert werden können – wegweisend sowohl in Bezug auf Miniaturisierung als auch steigende Komplexität der Anforderungen.

Welche Funktionssätze sind in den verschiedenen Größenkonfigurationen verfügbar?
Die Schnittstellen variieren in Art und Ausführung je nach Größe der OSM-Module. In Maximalkonfigurationen bieten OSM-Module alle Funktionen, die ein offen programmierbares Embedded-, IoT- oder Edge-System ausmachen, inklusive GUI.

Module ab Größe-S bieten Videoschnittstellen für bis zu 1x RGB und 4-Kanal DSI. Module der Größe M können zusätzlich 2x eDP/eDP++ unterstützen, und Größe-L fügt 1x LVDS-Schnittstelle für Grafiken hinzu. Daher können maximale Konfigurationen bis zu 5 Videoausgänge parallel bereitstellen. Alle Module ab Größe-S bieten darüber hinaus eine 4-Kanal Camera Serial Interface (CSI). Module der Größe L bieten bis zu 10 PCIe-Lanes für den schnellen Anschluss von Peripheriegeräten; Größe-M bietet 2x PCIe x1 und Größe-S 1x PCIe x1. Aufgrund ihres extrem miniaturisierten Footprints verfügen Size-0-Module über keine der genannten I/Os, bieten aber alle in der OSM-Spezifikation aufgeführten Schnittstellen, die bis zu 5x Ethernet für die System-to-System-Kommunikation bereitstellt.

Darüber hinaus verfügen alle Module über einen sogenannten Kommunikationsbereich, der 18 Pins für Antennensignale zur drahtlosen Kommunikation oder zur Einbindung von Feldbussen zur Verfügung stellt. Weiter gibt es bis zu 4x USB 2.0 oder 2x USB 3.0 (nur in Größe-L), bis zu 2x CAN und 4x UART. Über UFS können Flash-Speichermedien angebunden werden. Bis zu 19 Pins stehen zusätzlich für herstellerspezifische Signale zur Verfügung.

Schließlich und um den Funktionsumfang zu vervollständigen, gibt es bis zu 39 GPIOs, SPI, I2C, I2S, SDIO und 2x analoge Eingänge. Als Absicherung für die Zukunft und um sicherzustellen, dass zukünftige Erweiterungen abwärtskompatibel sind, sind bis zu 58 Pins für zukünftige Zwecke reserviert.