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【開(kāi)箱測評】搭載NVIDIA Jetson系列的工(gōng)業級邊緣AI網關:研華EPC-R7200
來源:  發布日期:2022/6/21  點擊次數:201


文章轉載來源:MAKERPRO陸向陽   

用過NVIDIA Jetson的開(kāi)發者都知(zhī)道,Jetson本身是一(yī)片系統模塊(System on Module, SOM),但會搭配連接一(yī)片載闆(Carrier Board),使其成爲完整的電路系統,而後能用于學習、開(kāi)發驗證,一(yī)旦開(kāi)發驗證完,依據不同應用的需要,Jetson模塊可彈性搭配不同的載闆,例如換成可連接多個攝像頭的載闆,以便于視頻(pín)監控、或換成有CAN Bus界面的載闆,以便用于車(chē)載系統。    

選定載闆後,接下(xià)來就是鑲嵌到實際應用環境或應用系統中(zhōng),環境可能是開(kāi)闊的農場或橋梁下(xià)方,系統可能是無人機或無人搬運車(chē),這時電路系統必須選擇一(yī)個機構外(wài)設,或鑲嵌到飛行器、搬運車(chē)原有的機箱外(wài)殼内,或爲此變更機箱外(wài)設設計等。

滿足邊緣AI應用的開(kāi)發彈性  

針對上述需求,研華科技(Advantech)推出一(yī)款EPC-R7200網關系統,也是本次要開(kāi)箱介紹的主題。這款EPC-R7200已具有一(yī)片Jetson的載闆及外(wài)殼機箱,且爲工(gōng)控等級的機箱,隻要将Jetson模塊放(fàng)入,而後将整體(tǐ)放(fàng)置到設定的位置或系統内,就實現了完整的系統。




















  






EPC-R7200内部電路闆與載闆,将Jetson模塊放(fàng)入即完整了

也由于Jetson采用「模塊+載闆」的彈性搭組設計,EPC-R7200的網關系統設計,除了在載闆的硬件設計考量了三款Jetson模塊 (Jetson TX2 NX、Jetson Xavier NX、Jetson Nano) 的适配性,同時落實軟件整合以及測試驗證,确保使用者可以依照不同應用情境選擇不同的Jetson模塊來安裝到網關系統中(zhōng)。同時因爲三款Jetson模塊的功耗不盡相同,EPC-R7200也對應提供三種散熱片作爲配件,使用者可以輕松替換不同的Jetson模塊,使人工(gōng)智能運算效能提升,或使用較經濟實惠的模塊。





  
















   





EPC-R7200內可選擇配置Jetson Nano (上)、Jetson Xavier NX (中(zhōng)) 或Jetson TX2 NX (下(xià)),并有對應的散熱片,×左爲散熱膏

對NVIDIA而言,自身隻要專注于生(shēng)産銷售Jetson即可,對于載闆與機箱則是廣邀生(shēng)态夥伴參與。截止2022年4月,NVIDIA官方已公布有107款載闆、19套開(kāi)放(fàng)系統,以及278套完整系統。在衆多搭配組合中(zhōng)EPC-7200網關系統(載闆+外(wài)殼機箱)有何出色特點?本文以下(xià)将對此逐一(yī)拆解觀察。
EPC-R7200外(wài)殼機箱、前I/O面闆 

先自外(wài)部觀察,EPC-R7200外(wài)觀緊湊小(xiǎo)巧(Compact),尺寸僅15.2 x 13.7 x4.2公分(fēn),能如此輕薄小(xiǎo)巧要歸功于另行設計搭配的散熱片,一(yī)般開(kāi)發階段用的Jetson模塊有着高大(dà)的散熱片,但EPC-R7200改用低矮散熱片,散熱片頂再貼到機殼頂蓋,即将熱傳導到整個機殼來實現散熱,也因爲高度減容(減少容積)使EPC-R7200有更大(dà)的場景适用性,在極小(xiǎo)的環境空間也能安裝,或直接裝入小(xiǎo)系統内,且幾乎不用改變系統的設計,另也能固定在工(gōng)廠常見的DIN滑軌上使用。



  



    



















研華科技EPC-R7200系統具有多樣的連接口及外(wài)殼設計

從上圖可看出,EPC-R7200的前I/O面闆有電源接入孔、2個USB口(USB 3.2标準)、2個GbE LAN口、1個HDMI 2.0輸出,以及2個LED,在電力方面EPC-R7200可以使用9~24V的直流電,即拿一(yī)般汽車(chē)電瓶都可以驅動,2個USB口可能會被認爲太少,畢竟開(kāi)發套件都有3、4個,但這點另有解決方法,後面将詳細介紹;2個LAN口也有些特別,因爲開(kāi)發套件多隻有1個,此也將在後面闡述。 HDMI方面則能輸出4K清晰度(3840 x 2160),頻(pín)率60Hz;在LED上,一(yī)個電源标示,即EPC-R7200在運行時便會亮起,另一(yī)是可供開(kāi)發者自行定義。

EPC-R7200外(wài)部、底蓋


  











外(wài)部有RESET孔、天線孔(ANT),蓋内則有USB-OTG端口、Micro SD卡卡槽以及Nano SIM卡卡槽

EPC-R7200右側面闆上有個重置(RESET)孔,用細尖物(wù)刺入即可重啓;然後有一(yī)處螺絲拴住的蓋,拆開(kāi)蓋後有三項,分(fēn)别是1個USB 2.0 OTG端口(隻能讓Jetson扮演裝置型的受控角色,不是主控角色)、1個MicroSD記憶卡槽,以及1個Nano SIM卡卡槽,另外(wài)側邊還可以看到2個較高位的孔,另一(yī)個側邊也有,總共4個孔位,可用于裝設無線收發天線。




  










底蓋内有除錯端口(右下(xià))、恢複鍵(×下(xià))、M.2 2230 Key E槽(右上),以及M.2 3042 Key B槽(左)

EPC-R7200底部也有一(yī)個如邊門般用螺絲拴住的蓋,拆開(kāi)後有四項,分(fēn)别是除錯端口(Debug Port/Console Port)、恢複鍵(Recovery Key/Button)、M.2 2230 Key E槽,以及M.2 3042 Key B槽。其中(zhōng)除錯端口供開(kāi)發人員(yuán)使用,恢複鍵是在重啓也無效下(xià)可以使用的系統恢複手法,Key E槽用來接Wi-Fi、藍(lán)牙的通信模塊子卡,Key B槽則用來接WWAN無線網域網絡的通信模塊子卡,前述的Nano SIM卡也與此模塊相關。

EPC-R7200 後I/O彈性擴充


EPC-R7200内部載闆的連接器可彈性連接不同的UIO40-Express I/O擴展闆,并有對應搭配的EPC-R7200後I/O面闆。(資(zī)料來源:研華科技)
前面提到僅有2個USB端口似乎不夠,後I/O面闆就成了發揮的地方,EPC-R7200在載闆上另設有一(yī)組排針,可搭配研華UIO40-Express系列的I/O擴展闆配置更多的I/O端口。例如,可以放(fàng)置更多的LAN端口、更多USB端口,或工(gōng)控領域常用的RS-232端口、RS-485端口,車(chē)用電子常見的CAN端口,或透過M.2 Key M槽連接NVMe協定的固态硬盤(SSD),乃至I2C界面或一(yī)般的GPIO等。


EPC-R7200邏輯方塊圖,藍(lán)色部分(fēn)爲I/O介面,橘色部分(fēn)爲載闆用及的晶片以及與Jetson模塊連接的界面。(資(zī)料來源:研華科技)
整體(tǐ)而言,EPC-R7200的載闆已先爲Jetson模塊進行多種擴充,例如使用Intel I210将Jetson的PCIe界面轉換爲實際的LAN端口,或用USB 2.0 Hub晶片、USB 3.2 Gen2 Hub晶片擴充Jetson原有的USB界面,或運用收發器晶片将Jetson模塊的UART界面轉換成實際運用的RS-232界面。另外(wài)針對影像感應、顯示而設計的MIPI-CSI介面也依然可用。 要補充說明的是,事實上Jetson模塊本身就具有1組RGMII界面可實現1組LAN端口,另一(yī)組LAN端口如前所言是透過Jetson模塊的PCIe界面再行轉接來實現,然Jetson Nano模塊上的PCIe數量不足,因此隻能使用1組LAN口。

實際應用:晶圓代工(gōng)産業也買單

了解EPC-R7200規格與設計後,更重要的是實際應用如何?目前EPC-R7200已經有多種應用,例如用于交通監控,對于違規車(chē)輛可以用影像記錄與辨識車(chē)牌;或可用于人臉識别,識别是否有配戴口罩以協助防疫,或用于無人旅館的自助退房,或用于寵物(wù)的人工(gōng)智能内窺鏡影像。或如德國機具大(dà)廠用于智慧農業,透過人工(gōng)智能識别實地精準實施精準噴灑,隻針對雜(zá)草噴灑除草劑而避開(kāi)作物(wù);日本也同樣運用于農業工(gōng)作的智慧機器人上。 ×後再以台灣晶圓制造代工(gōng)相關業務爲例細部說明,在晶圓制造過程中(zhōng)需要搬運晶圓,且必須極小(xiǎo)心的搬運,避免精密的晶圓壞損,因而需要晶圓搬運車(chē),或稱晶圓搬運機器人(Wafer Transfer Robot)。事實上,這類自動搬運車(chē)在各式工(gōng)廠的角色都很重要,過去(qù)常見的是AGV自動導向車(chē),現在更智能化的搬運車(chē)則稱AMR自主移動機器人。   

在此案例中(zhōng),AMR上配置了EPC-R7200,而後用UART/RS-232介面操控移動輪,用2組USB口連接攝像頭以監測外(wài)部環境和物(wù)體(tǐ)移動,再用1組USB連接Wi-Fi/藍(lán)牙通訊,以便可以接收指派的搬運任務,另外(wài)用PCIe界面與CAN界面來操控搬運手臂。爲了引取與實現CAN界面、UART/RS-232界面,也用上研華UIO40-Express I/O系列的UIO-4034擴展卡。


EPC-R7200已運用于晶圓片自動搬運車(chē)上,以AI技術感測環境與路線,從而精準平穩移動。
除硬件外(wài),搬運車(chē)也用及研華預先整合的軟件,包含Ubuntu Linux嵌入式系統、ROS/ROS2中(zhōng)介軟件,NVIDIA的ISAAC GEM,驅動程序及軟件開(kāi)發套件(SDK)等,使開(kāi)發者可以更專注于人工(gōng)智能應用的開(kāi)發,省去(qù)軟件執行環境的多項初始工(gōng)作。   


小(xiǎo)結

總結而言,在實際應用環境中(zhōng),高預先整合的軟件、彈性配置的I/O、工(gōng)控等級的堅固耐久機箱等都是不可或缺的,以此爲基礎方能真正實現滿足需求的Edge AI應用,以此爲論EPC-R7200确爲理想的選擇。   


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