系统模块和计算机模块的标准概述和列表–Q7、SMARC、COM HPC等

Taylor Lee 李远朝

3年前

系统模块 (SoM)，也被称之为计算机模块 (CoM)。它是一块小型的电路板，一般会带有计算机的关键组件，例如 SoC、内存、 PMIC（电源管理 IC）、以太网 PHY，以及一个或多个用于连接基板（也称为载板）的连接器。连接基板一般会具有以太网 (RJ45)、USB 端口、SATA、电源插孔等标准端口。与单板相比，使用基板 + SoM 的设计优势至少有两方面：

大多数复杂性的 PCB 设计通常是围绕 CPU/SoC 和连接到 CPU/SoC 的高速总线进行的。因此，你可以购买 SoM、设计自己的基板，并在相对较短的时间内获得完整的设计，同时减少开发资源和成本。
该设计采用模块化设计，因此你可以轻松地从一个 SoM 升级到另一个 SoM。例如：为了给产品提供多个选项，你可以使用一个带有 3 个 SoM 的基板，这些 SoM 分别具有单核、双核和四核处理器。

这样的配置看起来似乎都很不错，但其实许多 SoM 解决方案都是专有的。它们通常是基于 2xx 针 SO-DIMM 连接器或齿形孔焊接到基板上的。所以在这种情况下，虽然你可以拥有各种不同的 SoM ，但很容易被同一家供应商困住，除非你连基板设计也更改了。为了解决这个问题，现在许多公司开始推出 SoM 标准，为的就是能够混合来自不同供应商的 SoM 和基板。唯一的问题就是，不同的公司都试着推出自己的标准，这就会导致在某些情况下，这些标准只有该公司本身的产品可以使用。

但是，有两个则是例外。一个是基于ARM 和 x86 架构的SMARC 和 QSeven 的SoM标准，另一个是旧的基于x86 架构的SoM标准，例如 COM Express 和 PC/104等。而且据我所知，这 4 种标准都是针对工业嵌入式应用的，而不针对大批量的硬件消费市场。因为，那个市场还需要进行成本优化。

所以接下来，我会列出一个 SoM/CoM 的标准（可能不够全面和详细）。然后讨论为什么需要这么多标准，而不是不同的公司都分散在不同的标准后面。我会着重讲低功耗的 SoMs，但我也会在列表末尾提及“传统”的 x86 标准。

QSeven (Q7)– 2016 年 3 月嵌入式技术标准化组织采用了最新版本的 Qseven 标准 (2.1)。据说该标准具有低成本、低功耗（最大 12W）、无遗留（不支持 PCI、ISA、RS-232 或 EIDE）的优点，并且提供对快速串行接口的访问。可以接入以下接口：PCI Express、SATA、USB 2.0、1000BaseT 以太网、SDIO、LVDS、SDVO / HDMI / DisplayPort（共享）、HDA（高清晰度音频）、I²C 总线、LPC（低引脚数总线）、CAN 总线、风扇控制、电源管理信号、电池管理和 5V 电源。为 I²C 总线、看门狗定时器等。除此之外， EPI（嵌入式面板接口）也提供了独特的 API，并定义了热冷却接口。
- 连接器 – 230 针 MXM2 SMT 边缘连接器
- 尺寸
  - 70 mmx 70 mm
  - 70 mmx 40 mm (μQseven)
- 架构 – ARM 和 x86
- 规格 – Qseven-Spec_2.1.pdf

虽然，我们已经写过很多基于 Qseven 标准的 SoM了，但其实还有很多我没提及。

SMARC – 以前被称为 ULPCOM（超低功耗 COM），SMARC（智能移动架构）是另一个由嵌入式技术标准化组织 (SGET) 发布的 SoM 标准。这个较新的标准也是针对低功耗 ARM 和 x86 SoM，但具有更多引脚和 2 个尺寸，具体取决于需求。它有点类似于 COM Express（见下文），比较大的区别就是保留了兼容低功耗应用。
- 连接器 – 314 针 MXM 3.0
- 尺寸
  - 82 mm × 50 mm ，用于极其紧凑的低功耗设计
  - 82 mm × 80 mm ，用于具有更高性能和更高空间和冷却要求的 SoC
- 架构 – ARM 和 x86
- SMARC 2.1规范 – SMARC_V21-specification.pdf pdf

现在，已经有几家公司推出了适用于 x86 和 ARM 系统的SMARC SoM。不过，由于该标准比较新，所以基于 QSeven 标准的SoM可能没有那么多。

COM Express– 接下来的 4 个标准通常仅用于 x86 硬件，可能支持高功率引脚（~100W），尽管一些公司也设计了一些带有 ARM SoC 的 COM Express 模块。
- 连接器 – 220 针或 440 针连接器
- 尺寸
  - 迷你 – 55 × 84 mm
  - 紧凑型 – 95 × 95 mm
  - 基本型 – 95 × 125 mm
  - 扩展 – 110 × 155 mm
- 体系结构 – x86 以及较小程度的 Arm。
- 文档和规范 – 点此查看
PC/104 (Plus)– 另一种广泛使用的 x86 SoM 标准
- 连接器 – 104 至 156 针，取决于版本
- 尺寸 – 96 x 90 mm
- 架构 – x86
- 规格 – 点此查看
ETX / XTX– 实际上是两个标准，但它们很相似。XTX 放弃了 ISA 总线并添加了 PCI-Express、SATA 和 LPC。
- 连接器 – 四个 Hirose FX8-100P-SV 连接器
- 尺寸 – 95 × 114 mm
- 架构 – x86
- 规格 – ETX和XTX
COM HPC– 2021 年批准的一项新标准，用于高性能系统（包括基于 Xeon 的模块），具有更多接口并支持比 COM Express 更高的 TDP（高达 150W）
- 连接器 – 2 x 400 针连接器
- 尺寸
  - 尺寸A：95 x 120 mm，建议客户端使用
  - 尺寸 B：120 x 120 mm，建议客户端使用
  - 尺寸 C：160 x 120 mm，建议客户端使用
  - 尺寸 D：160 x 160 mm，建议服务器使用
  - 尺寸 E ：200 x 160 mm，建议服务器使用
- 架构 – 现在是 x86
- 文档和规范 –点此查看

2014 年的时候，我列过一些其他的 SoM 标准，但它们最终还是只被定义它们的公司使用了，有的甚至都不再使用了。我在这里提供一些，仅供大家参考：

EDM– EDM 标准是由TechNexion创建的用于 x86 和 ARM 计算机模块的开放硬件和软件标准。它为 ARM 和/或 x86 SoM 定义了三种外形规格。
- 连接器 – 314 针 MXM 3.0
- 尺寸
  - 袖珍– 82 x 60 mm（仅限 ARM）
  - 标准 – 82 x 95 mm（ARM 和 x86）
  - 扩展 – 82 x 145 mm（仅限 x86）
- 架构 – ARM 和/或 x86
- 规格 – 不再提供

尽管标准是开放的，但除了 TechNexion之外，我暂时找不到其他制造 EDM 模块的公司。使用该标准的一个产品则是Wandboard 开发板。

Apalis– Toradex 的 Apalis 模块架构定义了接口（电气特性、信号定义和引脚分配）和机械外形，包括关键尺寸。
- 连接器 – 314 针 MXM3 连接器
- 尺寸
  - 标准：82 x 45mm
  - 扩展：82 x 56mm
- 架构 – ARM 和 x86
- 规格 –点此查看

同样，所有文档都可以在线获取，但我相信 Toradex 是唯一一家提供 Apalis SoM 的公司。你们也可以查看我之前的Apalis 文章了解更多的信息。

EOMA68 – 这是 Qimod/Rhombus Tech 基于 PCMCIA 定义的标准，它为 EOMA68 兼容的 CoMs 提供 68-pin 以使用以下非可选接口：24-pin RGB/TTL、I2C、USB（低速、全速度，可选高速/480 Mbit/s 和可选 USB3)、10/100M 以太网（可选 1,000M 以太网）、SATA-II（可选 SATA-III）、8 个 GPIO、SD/MMC 和 TTL 兼容的 UART（仅 Tx 和 Rx）。
- 连接器 – 68 针 PCMCIA
- 尺寸
  - II 型 – 85.6mm x 54.0mm (TBC) x最大5mm
  - III 型 – 85.6mm x 54.0mm (TBC) x 最大8mm
- 架构 – ARM 和 x86
- 规格 – org 上的 EOMA68

在撰写本文时，我知道具有 EOMA68 模块的产品其实只有一款，那就是：全志 A20 EOMA68 CPU 模块。它现在仍在开发中，而且需要很长的时间才能完成。

Rabbit– 这是 Radxa 设计的一个新标准。这也是让我决定在 2014 年写那篇文章的原因。因为我想知道为什么要有这么多标准，而为什么很多公司都选择了运行自己的标准而不再使用现有的标准。之后我了解到，当时正在开发的全志A20 和全志A80 SoM使用的也是它。但它最终夭折了，网站甚至也不再运营了。
- 连接器 – 220 针连接器
- 尺寸 – 58 mm× 65 mm
- 架构 – x86
- 规格 – 该网站现已关闭，很少使用该标准。

以上我列出的列表并不完整，还有很多其他的标准我没有列出来。当然，大部分都是主要或只在定义了它们的公司内部使用，例如在Cubox-i和Hummingboard中找到的SolidRun μSOM。