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96Boards技術規格及目標市場觀察

作者:陸向陽

 

最近,筆者研究了一下96Boards的開放硬體專案,發現「96Boards看似簡單的板卡標準化推動構想,仍然需要點時間歸納整理消化」。因此,筆者在自行一番探索後,進行簡單歸納整理,希望以下的文字,能讓想了解96Boards的人,比筆者更快理解與掌握此專案。

96Boards專案期望讓ARM架構的系統軟體、硬體能更快趨於標準化發展,因而訂立了數種系統電路板的標準,包含尺寸、孔位、連接器配置位置、零件高度、電源需求等,且在硬體規範外也有其他相關指示、建議,如價位、目標應用市場、系統軟體等,以下逐項說明。

系統板尺寸標準

96Boards最初只有一種系統電路板,稱為消費者版(Consumer Edition),簡稱CE,首版CE規格標準訂立於2015年1月;而後有企業版(Enterprise Edition),簡稱EE,訂立於2015年6月;更之後則是物聯網版(IoT Edition),簡稱IE,訂立於2016年9月。

CE系統板的長寬尺寸為5.4 x 8.5cm,此為標準尺寸,規格書中也另訂延伸尺寸,分成Extended A、Extended B,延伸尺寸依然維持8.5cm的寬度,但長度增至10cm,同時增加長度的部份,其零件高度限制也放寬。標準版的電路面積一般只允許4mm高度,但延伸的面積部份則可到6.5mm高(Extended A)或15mm高(Extended B)。(規格書下載

96boards CE 系統板配置及尺寸規範

96boards CE

EE系統板的長寬尺寸為12 x 16cm,不過規格書中也允許選用另一尺寸規格,即現行產業中已普遍流行的microATX標準,如此長寬尺寸則為24.4 x 24.4cm,並大致沿用microATX 1.2版標準的規範,採行此種標準則稱為microATX EE。(規格書下載

96boards EE 系統板配置及尺寸規範

96boards EE 系統板配置及尺寸規範

IE系統板的長寬尺寸為3 x 6cm,整體高度規定須在0.9cm內,但IE標準同樣提供了延伸選項,延伸版的長寬完全與CE標準長寬相同,即5.4 x 8.4cm,但高度可以高一點,即1.2cm內均可。(規格書下載

96boards IE 系統板配置及尺寸規範

96boards IE 系統板配置及尺寸規範

應用定位與價位

顧名思義,CE定義在終端消費性應用,例如資訊服務亭(Kiosk)、顯示應用(如電子看板)、機器人等;EE定義為嵌入式應用、網路或伺服器領域的應用;IE則是物聯網應用,如IoT Edge Device(端緣裝置)、智慧型感測器、智慧型控制器、平價的物聯網閘道器等。

96Boards也為不同版本設定目標價位,CE期望50~100美元的零售價;EE是199~399美元;IE希望低於10美元。

支持的板卡商

96Boards專案訂立了多種系統板尺寸標準後,開始有板卡業者支持呼應96Boards。筆者觀察,至2016年10月2日為止,CE標準的支持有HiKey、DragonBoard 410c、Bubblegum-96、MediaTek X20等;EE只有Cello;IE也只有Carbon。

Hikey也支援Android

若以晶片商來看,HiKey使用海思(HiSilicon)的晶片,DragonBoard 410c為高通(Qualcomm)晶片,Bubblegum-96為炬力(Actions Semi)晶片,Mediatek X20為聯發科(MediaTek)晶片;Cello是超微(AMD)晶片;Carbon則是意法微電子(STMicro)的晶片。

由於96Boards推行的用意之一,在於系統板尺寸標準化,但晶片選擇多樣且彈性,目前真正達此目標的,僅有CE標準,EE、IE仍難擺脫單一晶片商、板卡商供應的顧慮。

晶片架構

無論CE、EE,其建議的ARM架構,都是以32位元或64位元的Cortex-A系列為主,唯獨IE例外,因為IE為物聯網應用,更重視低成本。因此,除了支持Cortex-A外,也允許使用偏微控制器(MCU)取向的Cortex-M、Cortex-R。至於比Cortex-A/R/M更早期的古典型(Classic)ARM架構就不建議使用,如ARM11、ARM7TDMI等。

作業系統

按理而言,96Boards專案與Linaro專案高度關連,96Boards所用的系統軟體,理當採行Linaro專案的成果。不過,為了讓96Boards更快凝聚產業標準化共識、更快廣泛被接受,程度性接受約定成俗的產業事實(de facto),反而有益更快實現目標理想。

所以,CE系統板的作業系統,除了Linaro專案支援Linux外,也建議採行Android;EE也類似,但指名更知名、企業市場取向的Linux發行版(distribution),如Red Hat,或者是桌上型系統(desktop)以上等級運算力的Linux,如Debian、Ubuntu、Fedora等。

至於IE,很特別。按理而言,受限於IE的硬體規格、資源較吃緊,可以理解成使用嵌入式作業系統,例如OpenWRT的嵌入式Linux,但IE目前是屬意Zephyr專案,該專案旨在打造一個資源限制下的作業系統核心,該核心可用於穿戴式的智慧錶,或物聯網閘道器上。

有趣的是,Zephyr專案並非為96Boards IE所打造,Zephyr專案可支援Cortex-M架構晶片,但也支援其他架構的晶片,如x86架構、ARC架構等。Zephyr專案採Apache授權。

標準化策略

由上述可知,96Boards旨在追求ARM架構系統板的標準化,但為了更快達到目標,採行幾種策略:

1.規範內容保有彈性,規格描述中僅部分為強制口吻,多數保有轉圜空間,甚至3種版本的電路板都仍保有延伸版或其他選項,彈性策略可降低業者的抗拒性。

2.加速量價均攤,IE系統電路板的尺寸規範上,其延伸版的長寬尺寸與CE標準版相仿,如此可稍減板卡標準的紊亂繁雜度,而標準化方能獲得較佳的量價均攤規模效益,以抗衡其他處理器架構,特別是x86。

3.承認產業現實,96Boards為了儘快促成量價均攤的產業規模效益,盡可能就地合法或僅是簡單修枝剪草,促成標準浮現。因此,盡可能採納現行標準,如前述的Anrdoid,而IE標準中,也指名支援較廣泛成熟的ZigBee,而非支援其他新興的物聯網通訊標準,如Thread、Weave等。

(延伸閱讀:Zephyr專案

陸向陽

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

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