Was ist eine CPU-Platine?
Eine CPU-Platine ist ein System-Controller-Chip zur Steuerung des Systems und seiner Peripheriegeräte, der auf einer Platine montiert ist.
Da gängige Peripheriegeräte eingebaut sind, kann in den meisten Fällen auf den Entwurf einer eigenen Karte verzichtet und sofort mit dem Softwareentwurf begonnen werden. In einigen Fällen werden auch die erforderlichen Gerätetreiber und Betriebssysteme mitgeliefert, so dass die Software nach Abschluss des Softwareentwurfs auf der CPU-Platine implementiert und als solche vermarktet werden kann.
Darüber hinaus kann eine eigene Karte entworfen werden, indem unnötige Hardware entfernt wird. Der Vorteil von CPU-Platinen ist also, dass Systeme schnell und einfach entwickelt werden können.
Anwendungen von CPU-Platinen
CPU-Platinen werden in Verbrauchergeräten verwendet, in denen Ein-Chip-Mikrocontroller installiert sind, und als Steuerungen für größere kommerzielle Systeme.
1. Fabrikautomatisierung
CPU-Platinen spielen eine zentrale Rolle in der Fabrikautomation. Diese Geräte sollen die Produktionseffizienz verbessern und CPU-Platinen optimieren den Maschinenbetrieb durch die Steuerung verschiedener Sensoren und Aktoren. Da die Verarbeitung von Daten in Echtzeit erforderlich ist, werden außerdem schnelle und leistungsstarke CPU-Platinen benötigt.
2. Einzelhandel
POS-Kassen sind unverzichtbare Systeme für den Verkauf und die Bestandskontrolle im Einzelhandel, wo CPU-Platinen mit Peripheriegeräten wie Barcode-Scannern und Druckern zusammenarbeiten müssen, um komplexe Verarbeitungen schnell durchzuführen.
Lange Betriebszeiten und Energieeffizienz sind ebenfalls wichtige Faktoren, weshalb CPU-Platinen mit hoher Lebensdauer und Effizienz eingesetzt werden.
3. Medizinische Versorgung
Medizinische Geräte erfordern CPU-Platinen mit hoher Zuverlässigkeit, da sie lebenswichtige Informationen verarbeiten, die das Leben von Patienten beeinflussen können. In bildgebenden Diagnosegeräten und Elektrokardiographen beispielsweise ist eine genaue und schnelle Datenverarbeitung unerlässlich, weshalb hochwertige CPU-Platinen verwendet werden.
4. Sicherheit
Überwachungsgeräte, wie Sicherheitskameras und Zugangskontrollsysteme, erfordern Video- und Datenanalyse in Echtzeit. Aus diesem Grund werden CPU-Platinen mit hoher Geschwindigkeit und stabiler Verarbeitungskapazität eingesetzt, die zu einer verbesserten Leistung der Überwachungsgeräte beitragen.
Funktionsweise der CPU-Platinen
1. Hardware
Auf einer CPU-Platine, sei es ein Ein-Chip-Mikrocomputer oder eine CPU-Platine mit einer Allzweck-CPU, befinden sich ein Speicher, Laufwerke wie HDD/CD-ROM und deren Steuergeräte, USB-Treiber, serielle I/F-Treiber, Ethernet-Treiber, HDMI I/F-Treiber usw. Viele Geräte, die nicht in den Mikrocontroller eingebaut sind, aber häufig in der Systementwicklung verwendet werden, wie Speicher, Laufwerke wie HDD/CD-ROM und deren Steuergeräte, USB-Treiber, serielle I/F-Treiber, Ethernet-Treiber, HDMI I/F-Treiber und AD/DA-Wandler, sind implementiert.
2. Software
Im Allgemeinen werden ein Betriebssystem, Gerätetreiber für Peripheriegeräte und Firmware bereitgestellt, um den Mikrocontroller, die CPU und die Peripheriegeräte auf der CPU-Platte zu betreiben. Das gebräuchlichste Betriebssystem für Ein-Chip-Mikrocontroller ist das μIRON-basierte Betriebssystem, zusätzlich zu proprietären Betriebssystemen, die von Chip-Anbietern bereitgestellt werden. Andererseits sind Windows, Linux und Android gängige Betriebssysteme für Mehrzweck-CPUs.
Auswahl einer CPU-Platine
Bei der Auswahl einer CPU-Platinen sollten Sie folgende Faktoren berücksichtigen:
1. Zweck und Leistung
Legen Sie fest, für welchen Zweck die Zentraleinheit (CPU) Platinen verwendet werden sollen und welche Leistung erforderlich ist. So ist es beispielsweise wichtig, eine CPU-Platine mit der für Ihre Anwendung geeigneten Leistung auszuwählen, z. B. für IoT-Geräte, Robotersteuerung oder Bildverarbeitung.
2. Prozessor
Die Art und Leistung des On-Board-Prozessors ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl einer CPU-Platine. Es gibt Prozessoren in ARM-, x86-, MIPS- und RISC-V-Architekturen. Die Auswahl richtet sich nach der erforderlichen Verarbeitungsleistung, der Anwendung und dem Stromverbrauch.
3. Speicher
Die CPU-Platine enthält RAM und ROM (Flash-Speicher). Wählen Sie eine Karte mit ausreichender Speicherkapazität entsprechend den Anforderungen Ihres Projekts.
4. E/A-Schnittstellen
Die CPU-Platinen ist mit GPIO (General Purpose Input/Output), UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), I2C (Inter-Integrated Circuit), SPI (Serial Serielle Peripherieschnittstelle (SPI), USB, Ethernet, Wi-Fi und Bluetooth. Wählen Sie eine Karte mit der für Ihr Projekt erforderlichen Schnittstelle.
5. Stromversorgung
Die CPU-Platinen wird über eine Batterie oder ein externes Netzteil mit Strom versorgt. Es ist wichtig, dass Sie eine Platine auswählen, die für die in Ihrem Projekt verwendete Stromversorgung geeignet ist.
6. Größe
Die Größe der CPU-Platinen ist ebenfalls ein Faktor bei der Auswahl. Kleinere Boards eignen sich für Projekte, die auf begrenztem Raum untergebracht werden müssen.
7. Betriebssystem und Entwicklungsumgebung
Wenn eine strikte Echtzeitleistung erforderlich ist, wählen Sie eine CPU-Platine mit einem Echtzeitbetriebssystem oder eine Entwicklungsumgebung, die eine Entwicklung ohne Betriebssystem ermöglicht. Wenn eine Anwendung erforderlich ist, die nur auf einem bestimmten Betriebssystem ausgeführt werden kann, wählen Sie diese anhand der Anforderungen der Anwendung aus.