基於 NXP i.MX8M Nano下 Window 10 IoT 作業系統之單板電腦解決方案

在電腦(桌上型電腦,筆記型電腦)的世界中,微軟所提供的作業系統非常完整,非常豐富;也廣泛的被使用。微軟所提供的作業系統大多是在基於X86的芯片架構下的作業系統,大眾接受度極高。不管是目前的windows 10或是以前的Window 7..等產品,於X86的芯片指令集下,優化的軟件層,讓使用者更容易使用。大多軟體開發者,都基於Windows 作業系統下開發新的軟體,提供使用者運用。

然而,在嵌入式的(embedded)的系統架構中,ARM芯片被廣泛使用,完全取代了X86的架構。原因為ARM芯片的架構功耗低,效能也不差。在嵌入式的(embedded)的系統架構,獨霸一方。而作業系統方面,基於ARM芯片的作業系統不再是微軟一家獨大,而是百家爭鳴的狀況。例如LINUX或是Android甚至QNX。每個作業系統有各自獨到的長處。

嵌入式的(embedded)的系統架構,在現在的產業中,運用越來越廣泛。甚至可以說超越了電腦產業。因此,微軟為了在嵌入式的(embedded)的系統市場中分一杯羹,在windows 10的作業系統,優化成更符合嵌入式系統的作業系統。"Windows 10 IoT " 作業系統就為此產生。

Windows 10 IoT 作業系統的優勢:
Windows 10 IoT 通過豐富的裝置平台、世界級的開發人員工具、企業級的長期支援和全球合作夥伴生態系統,簡化「物聯網」(IoT)。運用內建的機器學習功能,在邊緣網路完成更多工作,並透過 Azure IoT 的強大功能調整規模。使用 Windows 的強大功能,快速又安全地建立解決方案。提供 10 年的支援,做為產品的後盾。
       智慧:藉由 Windows ML 以及 Azure IoT Edge 的支援,輕鬆地在邊緣網路使用人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML)
       安全:運用周全的平台安全性,協助長期維護裝置安全
       快速:透過開箱即用的作業系統,快速上市 IoT 裝置並加以長期維護

綜合以上特點:客戶不需要是 IT 專家,即可搭配 Windows for IoT 使用 Rockwell Automation 產品。此方法可減少學習曲線,而且仍可取得廠房提供的豐富第一手數據。Windows for IoT 提供基礎,可用來建立具有內建安全性的創新解決方案,而我們的客戶與合作夥伴則可真正實現這些解決方案。目前微軟在Windows 10 IoT ,已經有很多成功的案例:如互聯網加油系統(Dover Fueling Solutions),城市燈塔(CityBeacon)等。

(資料來源:請詳細參考微軟官方網站。https://www.microsoft.com/zh-tw/windowsforbusiness/windows-iot?SilentAuth=1)

而在硬件方面,各家IC設計公司都有各自的基於ARM架構開發出來的芯片,而恩智浦(NXP)在這方面為全面性的佼佼者。
恩智浦(NXP)推出的ARM核心芯片,如i.MX系列,滿足了各領域需求:車用(Automotive),工控(Industrial),互聯網(IoT)
也符合各方面應用:聰明(Everything Smart),互聯(Everything Connected)與加密(Everything Secure)



以下將介紹,基於 NXP i.MX8M Nano下 Window 10 IoT 作業系統之單板電腦解決方案的開發指南:
1. Uboot開發編譯:流程如下
      1-1. Uboot開發:
                
      1-2. Uboot配置選項:
                
      1-3. Uboot新增新版子設置:
                
2. OP-TEE開發編譯:流程如下
              
3. 設置您的構建環境以構建適合的固件
             
4. 燒錄固件至SD卡:
               在LINUX環境: dd if=firmware_fit.merged of=/dev/sdX bs=512 seek=2
               在WINDOWS環境: dd if=firmware_fit.merged of=\\.\PhysicalDriveX bs=512 seek=2

      4-1. SPL測試:
               
      4-2. OP-TEE測試:
               
      4-3. U-Boot測試:
                
5. UEFI 流程:
             
其中包含了: DSC與FDF 檔案,特定於板的初始化(Board-specific Initialization), SMBIOS , ACPI表格(ACPI Tables) , SDHC  IO,PWM, Security TAs
以上完成,Windows 10 IoT的作業系統即可以在NXP的i.MX8M Nano的開發板運行。

另外,客戶在開發Windows 10 IoT的系統,除了注意以上的作業系統編譯過程之外,更必須注意完整的Windows 10 IoT的平台系統。
在Windows 10 IoT的平台系統,品佳可以提供更完整的技術支援。

品佳技術支援:在基於windows 10 IoT的基礎之下,品佳可以提供多樣的性支持
1. 原理圖設計規劃(Schematic Design)
      品佳可以協助客人初期產品規劃,依照客戶產品需求,提出最佳化的原理圖設計。在使用最少元件下,而有最完整功能。
      並在品佳完整的代理線下,提供CP質更高,整合性更強,服務更廣的系統架構。

2. 原理圖確認(Schematic review),Layout check
      品佳可以協助客人原理圖確認(Schematic review),協助客人該注意未注意部分。例如:
          系統電源部分,每組電源的電壓與電流是否符合windows 10 IoT系統需求,電源的供電時序與斷電時序是否符合符合windows 10 IoT系統需求。
          儲存裝置部分,每組儲存裝置應用(DDR/eMMC/SPI Flash..)確認,提供更完整的確認。
          各路IO路徑,IO裝置確認。如,WIFI/BT 模組選擇與確認,Audio codec裝置選擇與確認,影像輸出裝置選擇與確認。
      品佳可以協助客人Layout review,協助客人並提供建議。例如:
          系統電源部分,提供電源模塊(IBIS),要求客人進行模擬,符合windows 10 IoT運行下的需求。 
          記憶體部分,提供記憶體模塊(IBIS),要求客人進行模擬,符合windows 10 IoT運行下的需求,提升系統穩定度。
          各路IO路徑,IO裝置確認。並確認符合系統需求之阻抗

3. 協助客戶將win 10 IoT應用的主板成功帶起(PCBA Board bring up)
      品佳可以提供完整的除錯工具(Debug tools),讓客戶更容易將主板成功帶起。另外,提供現場除錯支援(On site support)。

4. DDR相關設定優化(DDR F Fine turning)
      品佳可以提供完整的記憶體工具(DDR Stress tools),讓客戶主板更穩定。客戶使用記憶體工具(DDR Stress tools)搭配不同的測試環境(高溫/低溫/高濕..),確保windows 10 IoT系統在任何環境不出錯。

5. 協助客戶將win 10 IoT應用的各路IO路徑打通,功能正常
      品佳可以協助將系統所使用的Device Tree打通,並一起將周遭的元件驅動啟動。確保系統功能完整正常。

6. 協助客戶在win 10 IoT應用下,優化產品穩定度
      品佳可以協助客戶在不同的生產階段(EVT/DVT/PVT/MP)的測試與驗證,當問題產生時,給予協助與方向。

7. 讓客戶可以如期量產(Time to Market)
      品佳協助客戶下,最終讓客戶如期量產(Time to Market)。



►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

軟件方面:(Windows 10 IoT ) Windows 10 IoT 通過豐富的裝置平台、世界級的開發人員工具、企業級的長期支援和全球合作夥伴生態系統,簡化「物聯網」(IoT)。 運用內建的機器學習功能,在邊緣網路完成更多工作,並透過 Azure IoT 的強大功能調整規模。        智慧:藉由 Windows ML 以及 Azure IoT Edge 的支援,輕鬆地在邊緣網路使用人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML)        安全:運用周全的平台安全性,協助長期維護裝置安全        快速:透過開箱即用的作業系統,快速上市 IoT 裝置並加以長期維護 硬件方面:(i.MX8M Nano) i.MX8M Nano滿足了各領域需求:車用(Automotive),工控(Industrial),互聯網(IoT) 也符合各方面應用:聰明(Everything Smart),互聯(Everything Connected)與加密(Everything Secure) ARM-A53核心與ARM-M7核心,並有強大繪圖芯片GC7000UltraLite,豐富的IO介面。 品佳技術支援: 在基於windows 10 IoT的基礎之下,品佳可以提供多樣的性支持 1. 原理圖設計規劃(Schematic Design) 2. 原理圖確認(Schematic review),Layout check 3. 協助客戶將win 10 IoT應用的主板成功帶起(PCBA Board bring up) 4. DDR相關設定優化(DDR F Fine turning) 5. 協助客戶將win 10 IoT應用的各路IO路徑打通,功能正常 6. 協助客戶在win 10 IoT應用下,優化產品穩定度 7. 讓客戶可以如期量產(Time to Market)

►方案規格

硬件規格:(i.MX8M Nano) CPU核心:4 x Cortex-A53 @ 1.5 GHz GPU核心:GC7000UltraLite 影像輸出:1 x MIPI-DSI (4-Lane) 影像輸入:1 x MIPI-CSI (4-Lane) IO介面: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 軟件規格:支持Windows 10 IoT作業系統

技術文檔

類型標題檔案
操作手冊User Guide
硬件Schematics
硬件Layout

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