基于 NXP i.MX8M Nano下 Window 10 IoT 作业系统之单板电脑解决方案

在电脑(桌上型电脑,笔记型电脑)的世界中,微软所提供的作业系统非常完整,非常丰富;也广泛的被使用。微软所提供的作业系统大多是在基于X86的芯片架构下的作业系统,大众接受度极高。不管是目前的windows 10或是以前的Window 7..等产品,于X86的芯片指令集下,优化的软件层,让使用者更容易使用。大多软体开发者,都基于Windows 作业系统下开发新的软体,提供使用者运用。

然而,在嵌入式的(embedded)的系统架构中,ARM芯片被广泛使用,完全取代了X86的架构。原因为ARM芯片的架构功耗低,效能也不差。在嵌入式的(embedded)的系统架构,独霸一方。而作业系统方面,基于ARM芯片的作业系统不再是微软一家独大,而是百家争鸣的状况。例如LINUX或是Android甚至QNX。每个作业系统有各自独到的长处。

嵌入式的(embedded)的系统架构,在现在的产业中,运用越来越广泛。甚至可以说超越了电脑产业。因此,微软为了在嵌入式的(embedded)的系统市场中分一杯羹,在windows 10的作业系统,优化成更符合嵌入式系统的作业系统。"Windows 10 IoT " 作业系统就为此产生。

Windows 10 IoT 作业系统的优势:
Windows 10 IoT 通过丰富的装置平台、世界级的开发人员工具、企业级的长期支援和全球合作伙伴生态系统,简化“物联网”(IoT)。运用内建的机器学习功能,在边缘网路完成更多工作,并透过 Azure IoT 的强大功能调整规模。使用 Windows 的强大功能,快速又安全地建立解决方案。提供 10 年的支援,做为产品的后盾。
       智慧:借由 Windows ML 以及 Azure IoT Edge 的支援,轻松地在边缘网路使用人工智能 (AI) 和机器学习 (ML)
       安全:运用周全的平台安全性,协助长期维护装置安全
       快速:透过开箱即用的作业系统,快速上市 IoT 装置并加以长期维护

综合以上特点:客户不需要是 IT 专家,即可搭配 Windows for IoT 使用 Rockwell Automation 产品。此方法可减少学习曲线,而且仍可取得厂房提供的丰富第一手数据。Windows for IoT 提供基础,可用来建立具有内建安全性的创新解决方案,而我们的客户与合作伙伴则可真正实现这些解决方案。目前微软在Windows 10 IoT ,已经有很多成功的案例:如互联网加油系统(Dover Fueling Solutions),城市灯塔(CityBeacon)等。

(资料来源:请详细参考微软官方网站。https://www.microsoft.com/zh-tw/windowsforbusiness/windows-iot?SilentAuth=1)

而在硬件方面,各家IC设计公司都有各自的基于ARM架构开发出来的芯片,而恩智浦(NXP)在这方面为全面性的佼佼者。
恩智浦(NXP)推出的ARM核心芯片,如i.MX系列,满足了各领域需求:车用(Automotive),工控(Industrial),互联网(IoT)
也符合各方面应用:聪明(Everything Smart),互联(Everything Connected)与加密(Everything Secure)



以下将介绍,基于 NXP i.MX8M Nano下 Window 10 IoT 作业系统之单板电脑解决方案的开发指南:
1. Uboot开发编译:流程如下
      1-1. Uboot开发:
                
      1-2. Uboot配置选项:
                
      1-3. Uboot新增新版子设置:
                
2. OP-TEE开发编译:流程如下
              
3. 设置您的构建环境以构建适合的固件
             
4. 烧录固件至SD卡:
               在LINUX环境: dd if=firmware_fit.merged of=/dev/sdX bs=512 seek=2
               在WINDOWS环境: dd if=firmware_fit.merged of=\\.\PhysicalDriveX bs=512 seek=2

      4-1. SPL测试:
               
      4-2. OP-TEE测试:
               
      4-3. U-Boot测试:
                
5. UEFI 流程:
             
其中包含了: DSC与FDF 档案,特定于板的初始化(Board-specific Initialization), SMBIOS , ACPI表格(ACPI Tables) , SDHC  IO,PWM, Security TAs
以上完成,Windows 10 IoT的作业系统即可以在NXP的i.MX8M Nano的开发板运行。

另外,客户在开发Windows 10 IoT的系统,除了注意以上的作业系统编译过程之外,更必须注意完整的Windows 10 IoT的平台系统。
在Windows 10 IoT的平台系统,品佳可以提供更完整的技术支援。

品佳技术支援:在基于windows 10 IoT的基础之下,品佳可以提供多样的性支持
1. 原理图设计规划(Schematic Design)
      品佳可以协助客人初期产品规划,依照客户产品需求,提出最佳化的原理图设计。在使用最少元件下,而有最完整功能。
      并在品佳完整的代理线下,提供CP质更高,整合性更强,服务更广的系统架构。

2. 原理图确认(Schematic review),Layout check
      品佳可以协助客人原理图确认(Schematic review),协助客人该注意未注意部分。例如:
          系统电源部分,每组电源的电压与电流是否符合windows 10 IoT系统需求,电源的供电时序与断电时序是否符合符合windows 10 IoT系统需求。
          储存装置部分,每组储存装置应用(DDR/eMMC/SPI Flash..)确认,提供更完整的确认。
          各路IO路径,IO装置确认。如,WIFI/BT 模组选择与确认,Audio codec装置选择与确认,影像输出装置选择与确认。
      品佳可以协助客人Layout review,协助客人并提供建议。例如:
          系统电源部分,提供电源模块(IBIS),要求客人进行模拟,符合windows 10 IoT运行下的需求。 
          记忆体部分,提供记忆体模块(IBIS),要求客人进行模拟,符合windows 10 IoT运行下的需求,提升系统稳定度。
          各路IO路径,IO装置确认。并确认符合系统需求之阻抗

3. 协助客户将win 10 IoT应用的主板成功带起(PCBA Board bring up)
      品佳可以提供完整的除错工具(Debug tools),让客户更容易将主板成功带起。另外,提供现场除错支援(On site support)。

4. DDR相关设定优化(DDR F Fine turning)
      品佳可以提供完整的记忆体工具(DDR Stress tools),让客户主板更稳定。客户使用记忆体工具(DDR Stress tools)搭配不同的测试环境(高温/低温/高湿..),确保windows 10 IoT系统在任何环境不出错。

5. 协助客户将win 10 IoT应用的各路IO路径打通,功能正常
      品佳可以协助将系统所使用的Device Tree打通,并一起将周遭的元件驱动启动。确保系统功能完整正常。

6. 协助客户在win 10 IoT应用下,优化产品稳定度
      品佳可以协助客户在不同的生产阶段(EVT/DVT/PVT/MP)的测试与验证,当问题产生时,给予协助与方向。

7. 让客户可以如期量产(Time to Market)
      品佳协助客户下,最终让客户如期量产(Time to Market)。



►场景应用图

►产品实体图

►展示板照片

►方案方块图

►核心技术优势

软件方面:(Windows 10 IoT ) Windows 10 IoT 通过丰富的装置平台、世界级的开发人员工具、企业级的长期支援和全球合作伙伴生态系统,简化“物联网”(IoT)。 运用内建的机器学习功能,在边缘网路完成更多工作,并透过 Azure IoT 的强大功能调整规模。        智慧:借由 Windows ML 以及 Azure IoT Edge 的支援,轻松地在边缘网路使用人工智能 (AI) 和机器学习 (ML)        安全:运用周全的平台安全性,协助长期维护装置安全        快速:透过开箱即用的作业系统,快速上市 IoT 装置并加以长期维护 硬件方面:(i.MX8M Nano) i.MX8M Nano满足了各领域需求:车用(Automotive),工控(Industrial),互联网(IoT) 也符合各方面应用:聪明(Everything Smart),互联(Everything Connected)与加密(Everything Secure) ARM-A53核心与ARM-M7核心,并有强大绘图芯片GC7000UltraLite,丰富的IO界面。 品佳技术支援: 在基于windows 10 IoT的基础之下,品佳可以提供多样的性支持 1. 原理图设计规划(Schematic Design) 2. 原理图确认(Schematic review),Layout check 3. 协助客户将win 10 IoT应用的主板成功带起(PCBA Board bring up) 4. DDR相关设定优化(DDR F Fine turning) 5. 协助客户将win 10 IoT应用的各路IO路径打通,功能正常 6. 协助客户在win 10 IoT应用下,优化产品稳定度 7. 让客户可以如期量产(Time to Market)

►方案规格

硬件规格:(i.MX8M Nano) CPU核心:4 x Cortex-A53 @ 1.5 GHz GPU核心:GC7000UltraLite 影像输出:1 x MIPI-DSI (4-Lane) 影像输入:1 x MIPI-CSI (4-Lane) IO界面:4 x SAI,4 x UART,3 x SPI/4 x I2C,1 x USB 2.0 (OTG) with PHY,1 × Gbit/s Ethernet,Security,4 x PWM 软件规格:支持Windows 10 IoT作业系统

技术文档

类型标题档案
操作手册User Guide
硬件Schematics
硬件Layout