高性能、低功耗嵌入式計(jì)算模塊的選擇范圍空前廣泛，開(kāi)發(fā)者也因此更難篩選出最適配的方案。

嵌入式開(kāi)發(fā)者從未擁有過(guò)如此豐富的高性能、低功耗計(jì)算模塊選擇。如今多樣的選型空間，讓開(kāi)發(fā)者可以定制模塊的尺寸、成本和性能，無(wú)需依賴(lài)定制硬件及伴隨大規(guī)模組件級(jí)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的工程成本。這種產(chǎn)品激增的核心驅(qū)動(dòng)力，是廠商選擇擁抱開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，而非用有限的專(zhuān)有方案搶占市場(chǎng)。

開(kāi)放式板級(jí)平臺(tái)與開(kāi)源軟件有諸多共通之處：二者都能受益于來(lái)自不同機(jī)構(gòu)、不同工業(yè)領(lǐng)域資深工程師的審視，這些工程師會(huì)將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)融入開(kāi)放式平臺(tái)規(guī)范中機(jī)械、散熱、信號(hào)完整性相關(guān)的決策。而專(zhuān)有平臺(tái)只能依賴(lài)單一供應(yīng)商團(tuán)隊(duì)的決策，即便團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富，也難有熱門(mén)開(kāi)放平臺(tái)那樣的廣度支撐。

開(kāi)放式平臺(tái)還能規(guī)避電子工程師常遇的問(wèn)題，比如元器件過(guò)時(shí)。即便部分供應(yīng)商停止支持某類(lèi)形態(tài)，其他廠商仍能接手提供新硬件；同時(shí)也為硬件供應(yīng)商打造了公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，讓其能在性能和性?xún)r(jià)比上同臺(tái)競(jìng)技。

計(jì)算機(jī)模塊（COM）架構(gòu)的興起

初看市場(chǎng)上琳瑯滿(mǎn)目的計(jì)算機(jī)模塊，開(kāi)發(fā)者很容易感到困惑。但現(xiàn)成硬件平臺(tái)的普及，讓工程師能相對(duì)輕松地針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目微調(diào)模塊的形態(tài)和輸入輸出配置，無(wú)需從零開(kāi)始。核心是找到最貼合需求的形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算機(jī)模塊（COM）架構(gòu)應(yīng)用廣泛，它既整合了現(xiàn)成計(jì)算模塊的便捷性，又保留了定制載板的靈活性。

由 PCI 工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商聯(lián)盟（PICMG）推出的 COM Express，為其他基于 COM 的標(biāo)準(zhǔn)提供了范本，讓工程師能輕松圍繞核心處理器擴(kuò)展輸入輸出。COM Express 推出時(shí)，單板計(jì)算機(jī)（SBC）占據(jù)主流 —— 這類(lèi)設(shè)備集成了處理器和標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出接口，還可通過(guò)插接附加模塊實(shí)現(xiàn)定制化輸入輸出。

COM Express 模塊包含核心處理器，可插接至載板。用戶(hù)可選用適配的載板提供應(yīng)用所需的輸入輸出，再通過(guò) COM Express 標(biāo)準(zhǔn)接入最優(yōu)計(jì)算模塊；后續(xù)也能無(wú)縫升級(jí)更強(qiáng)大或更經(jīng)濟(jì)的 COM Express 模塊，無(wú)需重新設(shè)計(jì)外殼或調(diào)整輸入輸出布局。

COM Express 支持 PCI Express 等核心輸入輸出總線(xiàn)，因此特別適合需要大容量存儲(chǔ)、以太網(wǎng)、圖形顯示的嵌入式系統(tǒng)；部分設(shè)計(jì)師也會(huì)將其用于無(wú)顯示輸出的配置。

每個(gè) COM Express 模塊由一個(gè)插入載板的主機(jī)處理器組成。

x86 與 Arm：處理器架構(gòu)與性能擴(kuò)展

COM Express 架構(gòu)源于工業(yè) PC 設(shè)計(jì)，多數(shù)模塊基于 x86 處理器，但生態(tài)已不再局限于此。市場(chǎng)正向更高性能層級(jí)拓展，COM-HPC 等新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，面向邊緣服務(wù)器、人工智能節(jié)點(diǎn)等算力密集型系統(tǒng)，這類(lèi)模塊配備更多高速 PCIe 通道，支持更高帶寬與更強(qiáng)擴(kuò)展性。

同時(shí)，COM 標(biāo)準(zhǔn)也納入了 Arm 架構(gòu)，拓寬了開(kāi)發(fā)者的處理器選擇，讓不同性能、功耗、軟件生態(tài)的方案更豐富。此外，針對(duì)緊湊型設(shè)計(jì)優(yōu)化的硬件形態(tài)，也讓 COM 概念向更小尺寸延伸。

選擇適配形態(tài)：尺寸、外形與輸入輸出約束

物理尺寸是嵌入式設(shè)計(jì)的核心參數(shù)，部分項(xiàng)目有充足板級(jí)空間，部分僅能提供掌心大小的模塊空間?？臻g充裕時(shí)，板卡選擇相對(duì)簡(jiǎn)單；空間受限則需小型化載板，而緊湊型配置往往對(duì)功能有更多限制。

形態(tài)直接影響易用性和輸入輸出靈活性，比如 USB-A 接口比 USB-C 占用更多空間，接口朝向也很關(guān)鍵。緊湊型外殼常要求接口分布在板卡邊緣，例如上架式系統(tǒng)中，將接口布置在載板前后沿，可簡(jiǎn)化安裝與維護(hù)，因此開(kāi)發(fā)初期就需明確尺寸、外形和接口布局。

嵌入式系統(tǒng)中 COM Express、SMARC 和 OSM 模塊之間的區(qū)別。

面向物聯(lián)網(wǎng)的更緊湊型 COM

2016 年推出的 SMARC 2.0 標(biāo)準(zhǔn)在基礎(chǔ)規(guī)范上提供了更多形態(tài)選擇，專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其他超緊湊型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。短尺寸 SMARC 形態(tài)僅 82×50mm，比 84×55mm 的迷你版 COM Express 更小，面積約為基礎(chǔ)版 COM Express 模塊的 40%。

SMARC 模塊供應(yīng)商聚焦能效、實(shí)時(shí)低延遲表現(xiàn)突出的 Arm 和 x86 處理器，核心連接器提供以太網(wǎng)、USB、I2C 等常規(guī)設(shè)備級(jí)輸入輸出，以及 4 通道 PCIe。

短尺寸 SMARC 與迷你版 COM Express 的板卡面積差異不大，而開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)模塊（OSM）更小巧，更貼合物聯(lián)網(wǎng)及其他低功耗高性能設(shè)備的需求。其核心是取消專(zhuān)用模塊連接器，采用柵格陣列封裝（LGA），直接焊接至載板，雖限制現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)，但提升了抗沖擊和振動(dòng)能力。

OSM 模塊尺寸從 30×15mm 矩形到 45×45mm 正方形不等，即便最大規(guī)格，在極致緊湊型需求下也優(yōu)于 SMARC，是小型、低成本嵌入式計(jì)算模塊的通用化、前瞻性標(biāo)準(zhǔn)，易集成于各類(lèi)形態(tài)尺寸的產(chǎn)品中。

為特定應(yīng)用選擇適配的 COM 標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前眾多標(biāo)準(zhǔn)采用 COM 架構(gòu)，各標(biāo)準(zhǔn)在處理性能、輸入輸出能力、帶寬、形態(tài)上存在差異，最優(yōu)選擇必然貼合具體應(yīng)用。理解這些取舍，是釋放模塊化架構(gòu)全部?jī)r(jià)值的關(guān)鍵。