核心板如何簡化基于處理器的設(shè)計

如果您是一個基于 Arm? 的處理器開發(fā)新產(chǎn)品的設(shè)計者，您可能已經(jīng)習(xí)慣了使用 4 - 48 個引腳的 IC，您也有可能會用到更多引腳的芯片，盡管這樣，查閱 datasheet 并確保電路正確連接會耗費(fèi)大量的時間。

但是即使在這些準(zhǔn)備工作之后，考慮設(shè)計一個帶有處理器、DDR 存儲、eMMC、復(fù)雜 layout，Wi–Fi，藍(lán)牙，以及多層 PCB 設(shè)計、長度和阻抗匹配的走線、符合 EMI / EMC 的設(shè)計仍然是困難且耗時的。

如果您沒有從處理器開始設(shè)計 PCB 所需的經(jīng)驗(yàn)，或者沒有足夠的時間從頭開始開發(fā)，又或者是需要一個協(xié)議兼容的系統(tǒng)來集成，您可以考慮使用核心板（SOMs, Systems-on-Module）。

核心板采用緊湊型設(shè)計，因此可以便于安裝在狹窄的空間中，例如家庭自動化應(yīng)用所要求的外殼。 核心板具有高穩(wěn)定性，使其更適用于嚴(yán)苛的樓宇或者工業(yè)自動化應(yīng)用。使用核心板有助于縮短您產(chǎn)品的上市時間，降低開發(fā)成本和設(shè)計風(fēng)險。在 TI 的第三方生態(tài)合作伙伴中，有一些供應(yīng)商設(shè)計和制造基于 TI 處理器的核心板，并提供定制底板的設(shè)計服務(wù)、并且他們會免費(fèi)提供技術(shù)支持和承諾產(chǎn)品長期可用性。

為了充分的理解核心板及其優(yōu)勢，讓我們先了解一些術(shù)語：

核心板（SOMs, Systems-on-Module）是完整實(shí)現(xiàn)嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的 PCB，它集成了處理器（或多處理器單元）和處理器正常運(yùn)行所需的所有 IC，包括 ROM、RAM、電源管理 IC、 晶體振蕩器和無源器件。核心板和底板之間的采用高密連接器的方式，構(gòu)建了一個與應(yīng)用無關(guān)的嵌入式計算機(jī)平臺，連接器的引腳定義可能是每個廠家專有的或通用的。 “SOMs”一詞有時也被用來描述嵌入式 PCB 的整體行業(yè)，盡管在技術(shù)上來說并不很準(zhǔn)確。圖 1 是核心板的俯瞰圖和底視圖，采用 HDI 板對板連接器。

圖 1：PHYTEC 的 phyCORE-AM64x 核心板，采用 AM6442 處理器：頂部（左）； 和底部（右）。 （圖片由 PHYTEC 提供）

計算機(jī)模塊（COM, Computer-on-Module）與核心板是差不多的概念，大多數(shù)人會用首字母縮寫 SOM 或者 COM。 但無論是 SOMs 還是 COM，都是“模塊”，也就是說它還需要一個 PCB 底板連接，才能在最終產(chǎn)品中使用。

載板（CB, Carrier Board）或底板是與核心板模塊（SOM 或 COM）的配對的 PCBA，其實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用中所有需要用到的外設(shè)。一個需要顯示的應(yīng)用可能會在底板上設(shè)計一個 HDMI 接口，而需要以太網(wǎng)的產(chǎn)品則需要一個 RJ45 連接器。由于核心板模塊是與應(yīng)用無關(guān)的，它更容易根據(jù)應(yīng)用所需外設(shè)以及最終產(chǎn)品的外殼尺寸來定制底板。底板在中間有一個空區(qū)，核心板模塊可以放置在連接器上，如圖 2 所示。

圖 2: PHYTEC 用于 phyCORE-AM64x 核心板的 phyBOARD-AM64x 底板（CB） PCB。（圖片由PHYTEC 提供）

開發(fā)套件（DevKit 或簡稱 DVK）將核心板與底板相連接，試圖最大限度地引出核心板理論上可能的功能接口。 開發(fā)人員在為特定應(yīng)用設(shè)計定制底板之前，可以使用開發(fā)套件來開發(fā)軟件或評估系統(tǒng)。 開發(fā)套件的底板有時會把兩個不會同時使用的功能用多路復(fù)用器都實(shí)現(xiàn)出來。 開發(fā)套件還包括例如 LCD 屏幕和電源之類的配件。 開發(fā)套件是將核心板安裝在通用底板上后的完整產(chǎn)品，如圖 3 所示。

圖 3: PHYTEC 的 phyBOARD-AM64x-Electra 開發(fā)套件（SOM+CB）。（圖片由 PHYTEC 提供）

單板計算機(jī)（SBC, Single-board Computer）是單個 PCB 組成的嵌入式計算機(jī)產(chǎn)品，其中包含處理器、支持系統(tǒng)運(yùn)行所需的 IC 和外圍連接器。 雖然它可能包括連接的配件，例如連接到相機(jī)模塊的擴(kuò)展卡或排線，但 SBC 不需要額外的 PCB 來工作。

應(yīng)用套件是封裝在外殼中的 SOM+CB 或 SBC，作為適用于特定應(yīng)用的產(chǎn)品銷售。應(yīng)用套件獨(dú)立運(yùn)行，或者使用有線或無線通信協(xié)議集成到一個更大的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中。應(yīng)用套件外殼通常有安裝孔以便于安裝。

如您所見，核心板是緊湊型、低成本、易于集成的模塊化的計算機(jī)。它是實(shí)現(xiàn)將產(chǎn)品推向市場并適用于幾乎所有應(yīng)用的最快方法之一。它可以支持針對最終產(chǎn)品外殼定制底板，甚至核心板所采用的處理器子型號（不同主頻等級、溫寬）和內(nèi)存大?。?12MB，1GB）通常是可以定制的。本文中的核心板是生產(chǎn)就緒型模塊，適用于樓宇自動化網(wǎng)關(guān)、工業(yè)自動化網(wǎng)關(guān)等。
審核編輯：湯梓紅