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SMARC als Weiterentwicklung von Qseven

Ursprünglich als ULP-COM von zwei Embedded-Herstellern entwickelt, ging die Aufsicht über den Standard im Jahre 2012 an die SGeT-Gruppe über, die im Folgejahr die Spezifikation für SMARC V1.0 herausgab. SMARC steht für Smart Mobility ARChitecture und bezog sich anfangs einzig auf RISC (ARM) basierende Prozessorarchitekturen. Erst mit der SMARC Spezifikation V1.1 wurde der Standard auch für x86-Prozessoren erweitert.

Bei der Erarbeitung der massiven Änderungen für den Stand SMARC 2.0 beteiligten sich dann auch viele der Firmen, die bis zu diesem Zeitpunkt zum „Qseven-Lager“ gehört hatten, darunter auch Avnet Integrated (damals MSC). Der Mitte 2016 vorgestellte neue Standard SMARC 2.0 enthält folglich alle Erkenntnisse und Erfahrungen mit Qseven und SMARC, ist gleichermaßen für x86- und ARM-Prozessoren geeignet und wird heute allgemein als der umfassendste, zukunftssicherste und beste Modulstandard für Low-Power-Prozessoren angesehen.

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Nahezu verschwenderische Signalvielfalt bei SMARC

Beim SMARC-Standard herrscht eine geradezu verschwenderische Vielfalt von Signalen, die insbesondere beim Einsatz in eingebetteten Systemen gegenüber Qseven punkten kann. Dennoch verfügt SMARC 2.0 immer noch über reservierte Pins, die für die spätere Modernisierung des Standards zurückbehalten wurden. Den Vergleich mit der Signalbelegung von Qseven zeigt Tabelle 1.

Besonders augenfällig sind die vielen parallelen Display-Signale von SMARC, die die Ansteuerung von bis zu drei Bildschirmen erlauben. Einige Prozessoren unterstützen die Aufspaltung der LVDS-Signale auf zwei Anzeigen, so dass hier sogar bis zu vier Bildschirme unabhängig angesteuert werden könnten. DisplayPort++ oder DP++ bezeichnet einen Dual-Mode DisplayPort Ausgang, der je nach Beschaltung DisplayPort, HDMI oder DVI ausgeben kann.

Ebenfalls punkten kann SMARC 2.0 bei den Kamera-Signalen, die gemäß dem CSI-Standard ausgeführt sind, der inzwischen auch in der Industriellen Elektronik angekommen ist. Hier werden zwei Schnittstellen parallel angeboten, von denen eine (CSI0) mit zwei Lanes ausgeführt ist und die zweite (CSI1) wahlweise aus zwei oder vier Lanes bestehen kann. Vier Lanes werden nur für besonders hoch auflösende Kameras benötigt, für die der SMARC-Standard also auch gerüstet ist.

Eine weitere Besonderheit findet sich bei den zwei Gigabit-Netzwerkschnittstellen, die SMARC anbietet. Beide sind mit den benötigten Triggersignalen ausgestattet, um damit optional Echtzeit-fähiges Ethernet nach IEEE1588 zu implementieren. Und auch die 12 GPIO-Signale (wahlweise Ein- oder Ausgang) verfügen über optionale Interrupt-Leitungen, damit das resultierende System über bessere Echtzeitfähigkeiten verfügen kann.

Die 4 seriellen Schnittstellen bestehen aus zwei mit optionalem Hardware-Handshake (4-Draht) und zwei mit jeweils nur zwei Signalleitungen. Von den sechs USB-Schnittstellen können zwei als USB 3.0 ausgeführt sein, wovon je ein USB 2.0 und ein USB 3.0 Port Client oder OTG sein kann. Jede der vier PCIe-Schnittstellen und die SATA-Schnittstelle können wahlweise über Support für Gen 2 und Gen 3 verfügen. SPI und eSPI liegen als getrennte Signalleitungen vor und können das Boot Device implementieren.

Zusammenfassung und Ausblick

Wer heute eine neue Embedded-Entwicklung beginnt, tut gut daran, sich SMARC 2.0 besonders genau anzusehen. Die Vielfalt der Schnittstellen kommt eingebetteten Systemen besonders entgegen, und hier ist derzeit die höchste Innovationsrate bei neuen Produkten zu finden. Die meisten Prozessorplattformen werden zuerst auf SMARC-Modulen angeboten und später – wenn überhaupt – auf Qseven. Der Support für Qseven wird sicherlich in den nächsten Jahren nicht abreißen, gibt es doch eine sehr große Zahl an Qseven-basierenden Systemen im Feld, die auch für die Zukunft neue und leistungsfähigere Prozessormodule benötigen.

Und in der Industrie ist man sich einig, dass Qseven-Module erst noch ihre höchsten Produktionsstückzahlen vor sich haben. Das liegt aber nur an der Verzögerung zwischen Entwicklungsbeginn und dem Erreichen der höchsten Produktionsstückzahlen. Beim Betrachten der Steigerungsraten bietet sich nämlich ein ganz anderes Bild. Hier führt seit einiger Zeit eindeutig der SMARC-2.0-Standard, was sich auch an der wachsenden Zahl der verschiedenen Prozessormodule nach diesem Standard zeigt. Bei Avnet Integrated, als MSC einer der Entwickler dieses Standards, gibt es neben dem kleinen SMARC-Modul mit NXP-i.MX6-Prozessor auch ein kleines und ein großes Modul mit dem Intel Atom E3900 („Apollo Lake“), bei denen sich das große Modul durch höhere Speicherbestückung und WLAN/BT-Funktionalität vom kleineren unterscheidet.

Ganz neu gibt es auch schon ein kleines Modul mit dem neuen NXP i.MX8M, dem demnächst weitere Module mit i.MX8 und i.MX8X an die Seite gestellt werden sollen. Und weiterhin befindet sich ein kleines SMARC-Modul mit Xilinx Zynq UltraScale Plus in der Vorbereitung, das durch seine FPGA-Programmierbarkeit und den leistungsstarken ARM Cortex-A53 ganz neue Perspektiven für die Entwicklung intelligenter Systeme eröffnet. Und ganz ohne Zweifel werden danach weitere leistungsfähige und intelligente Produkte folgen, die dabei helfen werden, den SMARC-Standard zur populärsten Plattform für Prozessorarchitekturen kleiner und mittlerer Leistung zu machen.

* Peter Eckelmann ist Product Marketing Manager, Board Solutions, bei MSC Technologies.

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