組込みシステムのトータルソリューションプロバイダ

市販マイコンボードの活用方法

フラットークのご紹介～Rasberry Piなどを如何に使用するか、メリット・デメリットを紹介します～

2021年11月18日
フラットーク株式会社

フラットーク会社概要◼ 商号・営業拠点➢フラットーク株式会社 Flatoak Co., Ltd.
➢代表取締役社長：樫平 扶➢本社：東京都町田市原町田6-28-16 フジビル88 4F➢海外代理店：米国、ヨーロッパ、中国、台湾、シンガポール◼ 設立➢2009年5月(事業開始2009年6月)◼ 払込資本金➢14百万円◼ 事業内容➢電子機器の開発、製造、販売➢受託開発・製造サービス◼販売代理店➢Xlsoft（Intel）（JTAG-ICE）➢Macraigor Systems（JTAG-ICE）◼加盟団体➢組込みシステム技術協会➢TOPPERSプロジェクト

初めに◼ 組込システムは、IoT時代に伴い、益々高速化、メモリの大容量、複雑かつ肥大化したプログラムになってきています。
◼ そこで、一から、ハードウェア及びソフトウェアを設計すると多大な工数と費用が発生し、しかもバグ取りのためになかなか安定しない場合があります。
◼ そこで、市販のボードあるいは、モジュールを活用することにより、早くしかも、費用を抑えて、試作機を作ることが可能です。
◼ 勿論、使用用途によっては、そのまま量産へと組み込むことも可能です。
◼ ただし、使い方を誤ると逆にコストが大きくなり、供給リスクも問題となります。

標準ボードの採用◼ 標準CPUボード➢ 高速化に伴い、クロックスピード：1GHz以上も当たり前です。
➢ DDR回路も高速のため、等長配線あるいは、シミュレーションが必要です。
➢ これらを一気に解決するのが、標準CPUボードです。

◼ 周辺ボード➢ 標準規格にあった、周辺ボードも多数、提供されていますので、認証あるいは、ソフトウェアドライバも気にする必要がなく、すべて提供されています。
➢ 例、3G/4G、WiFi、Bluetooth、LCD＆タッチパネル、他

Raspberry Pi◼ ボード規格
CPUボードは、65㎜ x 58㎜、40Pin コネクタにて、拡張ボードを接続可能。

◼ 拡張インターフェース
GPIO、I2C◼ その他
Raspberry Piは、モデルが複数あります。
互換ボードも複数出ています。
また、インターフェース部分が同じ、UpBoardのような製品も出ています。

https://www.raspberrypi.org/

組込用Raspberry Pi◼ Raspberry Pi Compute Module 3

https://www.raspi.jp/2019/01/raspberry-pi-compute-module-3plus/

Raspberry Pi・サイズコンパチボード◼ UpBoard：➢ CPU：Intel/Atom➢ OS:Windows、Linux

http://jp-vnet.com/up/

例：WiFiモジュール◼ Rasberry Piと接続可能なWiFiモジュールもいくつか市販されています。既に、認証も取得していますので、簡単に使用可能です。

参考：Rohm BP3595(WiFiモジュール）◼ WiFi module: Rohm BP3595
http://www.rohm.com/web/global/products/-/product/BP3595◼ このモジュールは、プロトコールも内蔵されていますので、インターフェースさえ、問題なければ、手軽に使用可能です。

◼ 特長:➢ IEEE802.11b/g/n➢ IEEE802.11i(セキュリティ規格)➢ WPS1.0(Wi-Fi protected Setup)対応➢ TCP/IPプロトコルスタック搭載可能➢ チップアンテナ内蔵➢ 国内電波法認証取得済

Raberry Pi活用事例◼ 構成

通信モジュール➢ Rasberry Pi➢ 拡張ボード：✓各種SW/LEDドライブ回路✓カメラ・インターフェース回路➢ 各種通信モジュール
拡張ボード

Rasberry Pi

利点・欠点◼ 利点➢ 手軽に入手可能なため、短納期で開発可能。
➢ 広く流通しているので、価格が安い。
➢ OS、各種ドライバが揃っており、ソフト開発が行いやすく、短期開発可能。

◼ 欠点➢ サイズが決まっており、より小型化するのは難しい。
✓特に、高さ制限がある場合、一部のコネクタを削除する必要がある。
➢ 周辺ボードが必要なため、複数ボードになる。
➢ 組込製品の場合、コネクタ接続部の固定方法が難しい。

参考資料：DDR配線パターン
L1層

L3: Data

L10: Address

L12層参考資料：各種規格ボードCOMExpress◼ CPU ボード規格
55㎜ x 84㎜（Mini）、95㎜ x 95㎜（Compact）、95㎜ x 125㎜（Basic）、110㎜ x 155㎜（Extended）
220Pin コネクタ1個か、2個で、キャリアボードに接続◼ インターフェース
PCI-Express : 32 Lane（最大）SATA x 4（最大）USB : 2.0 x 8/3.0 x 2
Display out : LVDS/eDP/DP/HDMI/VGA/DVI（排他選択）
その他 ： Audio、I2C、SMBus、LPC、URAT、Ether、CAN◼ その他
コネクタ仕様が複数あります、基本、COMボード側、キャリアボード側とも同じ仕様のもので、使う必要になります。
https://www.picmg.org/openstandards/com-express/

Conga-B7AC

Qseven™
◼ CPU ボード規格
70㎜ x 70㎜もしくは、70㎜ x 40㎜、230Pin
MXM2 エッジコネクタにて、キャリアーボードに接続最大12Wまで。

◼ サポートインターフェースPCI-Express : 4 Lane
SATA x 2
USB : 2.0 x 8/3.0 x 3
Display out : LVDS(Dual Channel)/eDP/DP
その他 ： Audio、I2C、SMBus、LPC、URAT、Ether、CAN

https://sget.org/standards/qseven/

ARBOR EmQ-i2506

SMARC（Smart Mobility ARChitecture)◼ CPU ボード規格
82㎜ x 50㎜(Low Power)、82㎜ x 80㎜（Higher power)
MXM3 314Pin エッジコネクタにて、キャリアーボードに接続最大6W(Low Power)、15W(Higher Power)まで。

◼ インターフェース
PCI-Express : 3 Lane
SATA x 1
USB : 2.0 x 3
Display out : LVDS(24Bit)/Parallel LCD/HDMI
その他 ： Audio、I2C、SPI、Ether、CAN、Camera
ADLINK LEC-BTS

https://sget.org/standards/smarc/

CoreExpress™
◼ CPU ボード規格
65㎜ x 58㎜、220Pin コネクタにて、キャリアーボードに接続最大約24Wまで。

◼ インターフェース
PCI-Express : 4 Lane
SATA x 2
USB : 2.0 x 8
Display out : LVDS(24Bit)/DP
その他 ： Audio、I2C、SMBus、SPI、Ether、CAN

http://www.sff-sig.info/coreexpress.html

ETX/XTX◼ CPU ボード規格
95㎜ x 114㎜、100Pin コネクタ4個にて、キャリアーボードに接続最大約40Wまで。

◼ インターフェース＜ETX＞PCI Bus、ISA bus、SATA x 2、IDE x 2
USB 1.1 x 4、Parallel port、Audio、I2C、SMBus、Ether
Display out : LVDS(18Bit)、VGA（排他選択）＜XTX＞PCI-Express x 4lane、PCI bus、USB 2.0 x 6、Audio、SATA x 4、IDE x 2、Ether、I2C、Display out : LVDS(18Bit）、VGA（排他選択）◼ その他
XTX は、ETXの上位互換になります。

Conga-XLX/800-LVDS

ほかにも◼ Mobile-ITX

Mobile-ITXT

VIA Technology 提唱の、60㎜ x 60㎜ サイズのボード◼ GumStixgumstix社提唱の、58㎜x17㎜ サイズのボード◼ FeaturePak

FeaturePak

FPTA管理の65㎜x43㎜ サイズ、MXMコネクタ（230Pin）接続のボード

Gumstix◼ IGEP COM
Ka-Ro electronics社提唱の、67.6㎜x26㎜サイズ
SO-DIMMコネクタ（200Pin）を使用したボード◼ ESMini/ESMexpress
COMexpressの堅牢仕様

ESMini/ESMexpress
IGEP COM

PC/104 CPU・IO ボード◼ ボード規格
90㎜ x 96㎜、104Pin（ISA）、120Pin（PCI）、156Pin（PCIe）
コネクタにて、CPUボード・拡張ボードに接続
最大約311W（PCI/104-Express）◼ インターフェース
ISA、PCI、PCI-Express x 8 Lane（最大）SATA x 4（最大）、USB 2.0 x 2、USB 3.0 x 4（最大）その他 ： LPC、SMBus

◼ その他

EMET

スタックする、ボードの規格が、複数あります、スタックボードを搭載するキャリアボードとして、下記が規格化されています。
・EPIC/EPIC-Express
・EBX/EBX-Express

http://www.sff-sig.info/coreexpress.html

フラットーク◼ カスタムボードの設計や、機構・構造設計、システム設計をサポートいたします。
◼ 部品不足の折、お困りの方は、是非お問い合わせください。貴社に代わり、調査いたします。

まずは、お問い合わせを、
http://www.flatoak.co.jp
042-710-5161 樫平(ｶｼﾋﾗ)まで