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【开箱测评】搭载NVIDIA Jetson系列的工业级边缘AI网关:研华EPC-R7200

2022/6/20
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文章转载来源:MAKERPRO陸向陽   

用过NVIDIA Jetson的开发者都知道,Jetson本身是一片系统模块(System on Module, SOM),但会搭配连接一片载板(Carrier Board),使其成为完整的电路系统,而后能用于学习、开发验证,一旦开发验证完,依据不同应用的需要,Jetson模块可弹性搭配不同的载板,例如换成可连接多个摄像头的载板,以便于视频监控、或换成有CAN Bus界面的载板,以便用于车载系统。    

选定载板后,接下来就是镶嵌到实际应用环境或应用系统中,环境可能是开阔的农场或桥梁下方,系统可能是无人机或无人搬运车,这时电路系统必须选择一个机构外设,或镶嵌到飞行器、搬运车原有的机箱外壳内,或为此变更机箱外设设计等。

满足边缘AI应用的开发弹性  

针对上述需求,研华科技(Advantech)推出一款EPC-R7200网关系统,也是本次要开箱介绍的主题。这款EPC-R7200已具有一片Jetson的载板及外壳机箱,且为工控等级的机箱,只要将Jetson模块放入,而后将整体放置到设定的位置或系统内,就实现了完整的系统。











EPC-R7200内部电路板与载板,将Jetson模块放入即完整了

也由于Jetson采用「模块+载板」的弹性搭组设计,EPC-R7200的网关系统设计,除了在载板的硬件设计考量了三款Jetson模块 (Jetson TX2 NX、Jetson Xavier NX、Jetson Nano) 的适配性,同时落实软件整合以及测试验证,确保使用者可以依照不同应用情境选择不同的Jetson模块来安装到网关系统中。同时因为三款Jetson模块的功耗不尽相同,EPC-R7200也对应提供三种散热片作为配件,使用者可以轻松替换不同的Jetson模块,使人工智能运算效能提升,或使用较经济实惠的模块。


EPC-R7200內可选择配置Jetson Nano (上)、Jetson Xavier NX (中) 或Jetson TX2 NX (下),并有对应的散热片,最左为散热膏

对NVIDIA而言,自身只要专注于生产销售Jetson即可,对于载板与机箱则是广邀生态伙伴参与。截止2022年4月,NVIDIA官方已公布有107款载板、19套开放系统,以及278套完整系統。在众多搭配组合中EPC-7200网关系统(载板+外壳机箱)有何出色特点?本文以下将对此逐一拆解观察。

EPC-R7200外壳机箱、前I/O面板 

先自外部观察,EPC-R7200外观紧凑小巧(Compact),尺寸仅15.2 x 13.7 x4.2公分,能如此轻薄小巧要归功于另行设计搭配的散热片,一般开发阶段用的Jetson模块有着高大的散热片,但EPC-R7200改用低矮散热片,散热片顶再贴到机壳顶盖,即将热传导到整个机壳来实现散热,也因为高度减容(减少容积)使EPC-R7200有更大的场景适用性,在极小的环境空间也能安装,或直接装入小系统内,且几乎不用改变系统的设计,另也能固定在工厂常见的DIN滑轨上使用。


研华科技EPC-R7200系统具有多样的连接口及外壳设计

从上图可看出,EPC-R7200的前I/O面板有电源接入孔、2个USB口(USB 3.2标准)、2个GbE LAN口、1个HDMI 2.0輸出,以及2个LED,在电力方面EPC-R7200可以使用9~24V的直流电,即拿一般汽车电瓶都可以驱动,2个USB口可能会被认为太少,毕竟开发套件都有3、4个,但这点另有解决方法,后面将详细介绍;2个LAN口也有些特別,因为开发套件多只有1个,此也將在后面阐述。 HDMI方面则能输出4K清晰度(3840 x 2160),频率60Hz;在LED上,一个电源标示,即EPC-R7200在运行时便会亮起,另一是可供开发者自行定义。

EPC-R7200外部、底盖


外部有RESET孔、天线孔(ANT),盖内则有USB-OTG端口、Micro SD卡卡槽以及Nano SIM卡卡槽

EPC-R7200右侧面板上有个重置(RESET)孔,用细尖物刺入即可重启;然后有一处螺丝拴住的盖,拆开盖后有三项,分别是1个USB 2.0 OTG端口(只能让Jetson扮演装置型的受控角色,不是主控角色)、1个MicroSD记忆卡槽,以及1个Nano SIM卡卡槽,另外侧边还可以看到2个较高位的孔,另一个侧边也有,总共4个孔位,可用于装设无线收发天线。


底盖内有除错端口(右下)、恢复键(最下)、M.2 2230 Key E槽(右上),以及M.2 3042 Key B槽(左)

EPC-R7200底部也有一个如边门般用螺丝拴住的盖,拆开后有四项,分别是除错端口(Debug Port/Console Port)、恢复键(Recovery Key/Button)、M.2 2230 Key E槽,以及M.2 3042 Key B槽。其中除错端口供开发人员使用,恢复键是在重启也无效下可以使用的系统恢复手法,Key E槽用来接Wi-Fi、蓝牙的通信模块子卡,Key B槽则用来接WWAN无线网域网络的通信模块子卡,前述的Nano SIM卡也与此模块相关。

EPC-R7200 后I/O弹性扩充


EPC-R7200内部载板的连接器可弹性连接不同的UIO40-Express I/O扩展板,并有对应搭配的EPC-R7200后I/O面板。(资料来源:研华科技)

前面提到仅有2个USB端口似乎不够,后I/O面板就成了发挥的地方,EPC-R7200在载板上另设有一组排针,可搭配研华UIO40-Express系列的I/O扩展板配置更多的I/O端口。例如,可以放置更多的LAN端口、更多USB端口,或工控领域常用的RS-232端口、RS-485端口,车用电子常见的CAN端口,或透过M.2 Key M槽连接NVMe协定的固态硬盘(SSD),乃至I2C界面或一般的GPIO等。


EPC-R7200逻辑方块图,蓝色部分为I/O介面,橘色部分为载板用及的晶片以及与Jetson模块连接的界面。(资料来源:研华科技)

整体而言,EPC-R7200的载板已先为Jetson模块进行多种扩充,例如使用Intel I210将Jetson的PCIe界面转换为实际的LAN端口,或用USB 2.0 Hub晶片、USB 3.2 Gen2 Hub晶片扩充Jetson原有的USB界面,或运用收发器晶片将Jetson模块的UART界面转换成实际运用的RS-232界面。另外针对影像感应、显示而设计的MIPI-CSI介面也依然可用。 要补充说明的是,事实上Jetson模块本身就具有1組RGMII界面可实现1组LAN端口,另一组LAN端口如前所言是透过Jetson模块的PCIe界面再行转接来实现,然Jetson Nano模块上的PCIe数量不足,因此只能使用1组LAN口。

实际应用:晶圆代工产业也买单

了解EPC-R7200规格与设计后,更重要的是实际应用如何?目前EPC-R7200已经有多种应用,例如用于交通监控,对于违规车辆可以用影像记录与辨识车牌;或可用于人脸识别,识别是否有配戴口罩以协助防疫,或用于无人旅馆的自助退房,或用于宠物的人工智能内窥镜影像。或如德国机具大厂用于智慧农业,透过人工智能识别实地精准实施精准喷洒,只针对杂草喷洒除草剂而避开作物;日本也同样运用于农业工作的智慧机器人上。 最后再以台湾晶圆制造代工相关业务为例细部说明,在晶圆制造过程中需要搬运晶圆,且必须极小心的搬运,避免精密的晶圆坏损,因而需要晶圆搬运车,或称晶圆搬运机器人(Wafer Transfer Robot)。事实上,这类自动搬运车在各式工厂的角色都很重要,过去常见的是AGV自动导向车,现在更智能化的搬运车则称AMR自主移动机器人。   

在此案例中,AMR上配置了EPC-R7200,而后用UART/RS-232介面操控移动轮,用2组USB口连接摄像头以监测外部环境和物体移动,再用1组USB连接Wi-Fi/蓝牙通讯,以便可以接收指派的搬运任务,另外用PCIe界面与CAN界面来操控搬运手臂。为了引取与实现CAN界面、UART/RS-232界面,也用上研华UIO40-Express I/O系列的UIO-4034扩展卡。


EPC-R7200已运用于晶圆片自动搬运车上,以AI技术感测环境与路线,从而精准平稳移动。

除硬件外,搬运车也用及研华预先整合的软件,包含Ubuntu Linux嵌入式系统、ROS/ROS2中介软件,NVIDIA的ISAAC GEM,驱动程序及软件开发套件(SDK)等,使开发者可以更专注于人工智能应用的开发,省去软件执行环境的多项初始工作。   


小结

总结而言,在实际应用环境中,高预先整合的软件、弹性配置的I/O、工控等级的坚固耐久机箱等都是不可或缺的,以此为基础方能真正实现满足需求的Edge AI应用,以此为论EPC-R7200确为理想的选择。   

如您对研华EPC-R7200产品感兴趣,欢迎联系研华嵌入式服务专线 400-001-9088 。

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