Schede di sviluppo e Single Board Computer

Cose da sapere su Computer a scheda singola & Single Board Computer

• Cos'è un Single Board Computer (SBC)?

• Utilizzo di computer a scheda singola

• Come è costruito un computer a scheda singola?

• Qual è la differenza rispetto a una scheda a microcontrollore come Arduino?

• La nostra pratica: mantenere la temperatura di esercizio

• Cosa bisogna prestare attenzione quando si acquista un computer a scheda singola?

Cos'è un computer a scheda?

Per computer a scheda singola, in breve chiamato SBC, si intendono le schede processore che contengono già tutti i componenti necessari per il funzionamento. Questi sono almeno il microprocessore effettivo con il chipset, la memoria di lavoro (RAM), la cache e uno slot per il supporto dati con il sistema operativo.

Altri componenti periferici come, ad esempio, grafica, interfacce di comunicazione, ingressi e uscite audio sono spesso già integrati o possono essere integrati in alternativa tramite moduli aggiuntivi adeguati, che vengono inseriti negli slot previsti. Una denominazione alternativa un SBC è un computer a scheda singola. Probabilmente il più noto è il Raspberry Pi, che è una scheda in formato carta di credito, sviluppato dalla britannica Raspberry Pi Foundation.

I computer a scheda singola sono economici nell'acquisto. Con la loro multifunzionalità rappresentano una soluzione all-in-one conveniente e molto flessibile per molte applicazioni. Un grande vantaggio è l'interfaccia utente grafica ormai familiare, come è già abituata al PC domestico. La disponibilità di distribuzioni Linux gratuite non comporta ulteriori costi per il sistema operativo e gli aggiornamenti necessari. Eventuali modifiche del programma, ampliamenti delle funzioni e correzioni di bug possono essere effettuati in qualsiasi momento senza grandi sforzi.

Utilizzo di computer a scheda singola

I computer a scheda singola offrono in linea di principio le stesse ampie possibilità dei PC tradizionali ("Personal Computer"), ma grazie alla loro struttura di piccole dimensioni sono utilizzabili anche per applicazioni mobili e con spazio limitato. Interessanti sono inoltre il loro assorbimento di corrente relativamente basso e il design praticamente sempre senza ventola, che consente un funzionamento silenzioso e a bassa manutenzione.

Gli SBC hanno ormai trovato un utilizzo estremamente ampio. Nel settore industriale vengono utilizzati per scopi di misurazione, controllo e regolazione, nell'elettronica di consumo si trovano in elettrodomestici, veicoli e elettronica di consumo. Allo stesso modo, i computer a scheda singola vengono utilizzati nel settore della tecnologia medica, per le slot machine, come server domestico e thin client.

In ambito privato, i computer a scheda singola consentono in linea di principio un utilizzo quasi illimitato. Dal Media Center configurabile autonomamente alla console di gioco retrò, l'utente esperto non ha praticamente limiti.

Come è costruito un computer a scheda singola?

La maggior parte delle SBC più comuni hanno circa la dimensione di una carta di credito o sono anche più piccole. Tuttavia, i computer a scheda singola particolarmente potenti possono anche essere più grandi, ad esempio un formato comune è 100 x 75 mm

In genere, i computer a scheda singola sono già dotati di tutti i componenti e le interfacce che si trovano anche su un PC. Questi includono processore, timer, processore grafico con uscita grafica, uscita audio, Ethernet o WLAN, USB, slot per schede SD e inoltre un'interfaccia GPIO su scheda.

Un proprio alloggiamento, come un computer tradizionale, non possiede generalmente un computer a scheda singola, in quanto la scheda è già integrata in un sistema esistente e presenta corrispondenti fori di fissaggio sulla scheda madre. In parte, tuttavia, gli alloggiamenti adatti con le cavità necessarie per i collegamenti a innesto sulla scheda madre sono disponibili come accessori. Inoltre, non è disponibile un alimentatore separato per il collegamento alla rete di tensione alternata, i computer a scheda singola ricevono la tensione di alimentazione necessaria (solitamente 5 o 12 volt CC) tramite un collegamento di alimentazione micro USB o sono alimentati da un alimentatore esterno tramite connettori o morsetti a vite o a innesto.

I circuiti di sorveglianza come i watchdog e i rilevamenti di mancanza di corrente sono di uso comune con i computer a scheda singola. In caso di errori del software e dopo le cadute di tensione, impediscono al computer a scheda singola di essere permanentemente in uno stato di funzionamento indefinito, attivando il riavvio in caso di assenza di un messaggio "OK" ciclico previsto o dopo un'interruzione di corrente. Questa è anche una caratteristica molto utile quando le SBC sono difficilmente accessibili o distanti. In quest'ultimo caso, il riavvio automatico consente una disponibilità affidabile in qualsiasi momento tramite manutenzione a distanza; in questo modo possono essere eliminati gli interventi di assistenza che richiedono tempo e costi elevati, in ultima analisi solo per un semplice ripristino.

Qual è la differenza rispetto a una scheda a microcontrollore come Arduino?

Le schede microcontroller sono composte da un circuito stampato che ospita il microcontroller effettivo (MCU) e fornisce interfacce di programmazione e periferiche. Tipicamente, i microcontroller sono programmati per uno scopo specifico e singolo. I computer a scheda singola, invece, possono gestire sistemi operativi per lo più personalizzati come Linux, Windows e altri, permettendo così anche complesse applicazioni multitasking, come i computer tradizionali per l'uso in casa e in ufficio.

La nostra pratica: mantenere la temperatura di esercizio

Grazie al loro consumo energetico relativamente ridotto, i computer a scheda singola producono un calore di scarto inferiore rispetto a un computer convenzionale con una scheda madre di dimensioni standard. Il raffreddamento attivo tramite ventole non è quindi necessario. Tuttavia, assicurarsi che la temperatura di esercizio consentita non venga superata in base alla scheda tecnica per evitare malfunzionamenti o danni al modulo. Quando si maneggia il modulo, è inoltre necessario rispettare le norme ESD, in quanto la scheda aperta non protetta è sensibile alle scariche statiche in caso di contatto.

Cosa bisogna prestare attenzione quando si acquista un computer a scheda singola?

Come per i PC tradizionali, è necessario prestare attenzione alla potenza di elaborazione e alla memoria di lavoro (RAM) della scheda anche quando si utilizzano computer a scheda singola. Non danneggia la pianificazione di un po' di riserva per ulteriori miglioramenti delle funzioni che potrebbero essere necessari in un secondo momento, in quanto in questo modo si può evitare una costosa sostituzione dell'hardware della scheda madre. La maggior parte dei computer a scheda singola supporta le distribuzioni Linux; alcuni hanno già preinstallato Linux in fabbrica. Se si utilizza un altro sistema operativo, è necessario verificare in anticipo l'idoneità.

Le interfacce display comuni sono HDMI, LVDS (PDI) e MIPI-DSI. Se si deve collegare una telecamera, deve essere presente anche un collegamento corrispondente sulla scheda. Vale anche la pena di dare un'occhiata alla funzionalità Bluetooth eventualmente necessaria. Nel settore sono disponibili diverse versioni, particolarmente importante per scopi audio.

Per scopi di sviluppo e valutazione sono disponibili kit di sviluppo speciali, noti anche come starter kit o schede di prototipazione. Alcuni produttori li offrono già prima della comparsa delle schede di serie, per dare agli sviluppatori più tempo per lo sviluppo e il collaudo del software.