嵌入式視覺中的處理器分類與區(qū)別聯(lián)系

引言

什么叫做“嵌入式視覺”？

嵌入式視覺=小型處理板 + 小型相機(jī)模塊

在嵌入式視覺領(lǐng)域中，處理器有許多分類，SoC， SoM，SBC，F(xiàn)CD分別是什么？他們之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？通過本文，您可以有個系統(tǒng)的歸納和了解。

片上系統(tǒng)(SoC)

片上系統(tǒng)(SoC)是嵌入式架構(gòu)的核心，是實際成像處理的所在點。很多場合里，人們將專業(yè)術(shù)語“SoC”通俗地等同于“處理器”。然而實際上，SoC包含的不止這些。

除了單核或多核并行CPU（中央處理器）之外，還有GPU（圖形處理器）、接口控制器（如USB、以太網(wǎng)、I2C等）、內(nèi)部總線系統(tǒng)、多媒體硬件（如視頻編碼和視頻解碼）、內(nèi)部電源管理以及更多的組件，均包含在這種單個芯片之內(nèi)。簡而言之——SoC將PC中的許多核心組件簡潔地集成于一體。

NVIDIA的Tegra K1、Qualcomm的Snapdragon 820，以及NXP的I.MX系列，均為目前一代SoC的杰出代表。

智能手機(jī)與平板電腦的快速普及，讓SoC技術(shù)得以發(fā)展。Apple和Samsung等主要制造商負(fù)擔(dān)得起自行生產(chǎn)SoC的費用。開發(fā)專屬的SoC動輒需要數(shù)百萬（甚至數(shù)十億）的資金，許多企業(yè)無法負(fù)擔(dān)這筆高額費用。

SoC實際上是嵌入式計算機(jī)模塊。它包括CPU、GPU、總線系統(tǒng)以及接口控制器。

片上系統(tǒng)(SoC)是指許多嵌入式系統(tǒng)中的中央處理器。SoC含有主要的處理器（一個或多個）和用于特別功能的各種集成電路，如接口、輸入/輸出端口。這些組件均在同一塊芯片上。

系統(tǒng)模塊(SoM)

系統(tǒng)模塊(SoM)是小型芯片上的一個完整（電腦）系統(tǒng)。SoM可作為一個完善的模塊來使用。

而技術(shù)導(dǎo)向的中小型企業(yè)的處境略為尷尬。一方面，SoC技術(shù)使強(qiáng)大的處理器擁有精巧的構(gòu)造，這種技術(shù)非常出眾，因為它讓下一代產(chǎn)品變得更為小巧而迅速。另一方面，制作專屬的SoC需要高昂的開發(fā)成本，這讓企業(yè)無法從內(nèi)部發(fā)展這項技術(shù)。使用大規(guī)模制造商生產(chǎn)的現(xiàn)有SoC會對企業(yè)更為有利。

許多企業(yè)（比如Toradex，Inforce，SECO等）試圖改變這種困境，因此發(fā)展了“系統(tǒng)模塊”（SoM，有時也稱為“電腦模塊[CoM]”）的技術(shù)。SoM包含SoC。它帶有重要組件，如RAM（內(nèi)存）、電源管理和其他總線系統(tǒng)，以便控制組件，也讓SoC非常實用。打個比方：如果SoC是一座不與外界聯(lián)系的工廠，SoM則會添加倉庫、連接水電，并加上連通街道的出口，還可以與工廠負(fù)責(zé)人溝通。

SoM具備一個或多個標(biāo)準(zhǔn)化插頭連接器，可用于SoM（同樣適用于SoM上的所有組件，包括SoC），以便和外界交流。事實上，這些插頭連接器無法與外部設(shè)備（如網(wǎng)絡(luò)、電源供電器或相機(jī)）連接。如要進(jìn)行連接，則需要一個載板。

然而，只要涉及到SoM，意味著SoC已經(jīng)包含于組件當(dāng)中。

系統(tǒng)模塊(SoM)+載板

如上所述，SoC僅包含接口控制器。它缺少一個物理接頭（比如以太網(wǎng)插頭），而載板填補(bǔ)了這種缺失。如上文所述，SoM的底面具有標(biāo)準(zhǔn)化插頭連接器，因此可以與載板相連。

載板提供所需的物理接頭來連接外圍設(shè)備，如屏幕、控制元件以及相機(jī)。比起SoC或SoM，開發(fā)載板技術(shù)相對較為簡單。嵌入式技術(shù)中的組合式方法是為了讓開發(fā)人員購買SoM成品，然后自行開發(fā)載板。這種做法比全定制設(shè)計（見如下文章）的方式實惠，并極大提高了靈活性，這是因為開發(fā)人員可自行決定載板上所需的插頭。

USB、GigE或?qū)＠鄼C(jī)接頭均可適用，因為接頭型號為28針的LVDS可以連接一個或多個dart BCON相機(jī)。

提示：某些特殊情況下，SoM已具備單獨的物理接頭。例如，Basler嵌入式視覺專用PowerPack套裝中的Xilinx Zynq SoM已預(yù)先配備USB 2.0和GigE接頭。然而這只是非常罕見的例子。

配備載板的系統(tǒng)模塊(SoM)利用載板提供物理接頭，以便連接外圍設(shè)備。

單板機(jī)(SBC)

單板機(jī)基本上是集成于單元電路板上的SoM+載板。SBC的設(shè)計并不能滿足一些特定應(yīng)用的需求，而是為支持大范圍的基本應(yīng)用而設(shè)計的。

除了組合式的SoM+載板概念，還有另一種方法，即使用單板機(jī)，也稱為SBC。原則上，單板機(jī)是集成于單元電路板上的SoM+載板，故稱為單板機(jī)。

單板機(jī)中最著名的型號是Raspberry Pi。這款單板機(jī)帶有一系列預(yù)先集成于板上的接頭（如4x USB2、1x MIPI CSI-2等），在無需另外開發(fā)載板的情況下即可直接連上外圍設(shè)備。

優(yōu)點：SBC非常易于操作。

缺點：例如，如果操作時需要第五代USB 2.0接頭，由于Raspberry Pi所使用的SBC概念不夠靈活，導(dǎo)致無法提供這類組件。

因此，盡管SBC意味著最少的開發(fā)時間和最低的開發(fā)成本，它同時也是最為不靈活的技術(shù)。如果企業(yè)想大量出售要求特定應(yīng)用的CPU，SBC并非是好的選擇。因為選用SBC意味著它的接頭或組件并不適用于某些應(yīng)用。因此，本文提到了最后一個嵌入式架構(gòu)概念，即全定制設(shè)計。

全定制設(shè)計

為了更全面地描述嵌入式架構(gòu)的多樣性，必須提到全定制設(shè)計(FCD)的概念。FCD是由一家企業(yè)開發(fā)的單板機(jī)，可用于應(yīng)用當(dāng)中，而企業(yè)也無需另外出售FCD。相反，它適用于更大的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)CD其實是安裝于板上并帶有高度自定義裝置的SoM+載板。

例如：一家醫(yī)療工程公司計劃開發(fā)一款手持設(shè)備，可用于拍攝和追蹤皮膚上可疑的黃褐斑。采取SoM+載板是一種方式。然而這種方式并不可行，因為將SoM放于載板上需要占用太多空間。這家公司同時也計劃出售數(shù)千款其他的產(chǎn)品。這種情況下，公司決定自行開發(fā)定制SBC（安裝于一個單元電路板上的SoM+載板），他們認(rèn)為這樣做是更為經(jīng)濟(jì)可行的辦法。這樣的選擇滿足了特定應(yīng)用的需求，也因為這種設(shè)計僅包含應(yīng)用所需的組件，成本優(yōu)化得以實現(xiàn)。

全定制設(shè)計涉及到安裝于電路板上的SoM+載板。它是一種能實現(xiàn)成本優(yōu)化，并滿足特定應(yīng)用需求的方法。

總結(jié)

? ? ? ?處理板是嵌入式視覺中主要的一環(huán)。這些處理板可以設(shè)計成不同樣式。

根據(jù)單位數(shù)、專門技術(shù)、從屬系統(tǒng)類型、成像處理需求的不同要求，需要相應(yīng)地分為不同的概念，也有各種各樣的選項可供選擇，如帶有小型單板機(jī)的經(jīng)典視覺系統(tǒng)、安裝在定制載板并帶有SoM或SoC的模塊系統(tǒng)，還有嶄新的全定制設(shè)計。

隨著開發(fā)人員對所選處理平臺工作的進(jìn)一步深入，如果他們在現(xiàn)成組件中選擇的產(chǎn)品越少，開發(fā)和組裝成本就會逐步攀升。但如果大批量生產(chǎn)產(chǎn)品，每個產(chǎn)品的單價也會越低。

那么，哪一種概念最適用于您的應(yīng)用？希望本文能夠拋磚引玉，讓大家獲得更全面的了解。