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SMT从业人员需要知道的开发板及ARM相关知识

发布时间:2020-11-30 16:10人气:647

在SMT行业工作久了,经常有国外客户问到开发板的贴片、插件加工问题。开发板属于开源硬件,开源硬件是指可以通过公开渠道获得的硬件设计,任何人可以对已有的设计进行学习、修改、发布、制作和销售。硬件设计的源代码的特定的格式可以为其他人获得,以方便对其进行修改。理想情况下,开源硬件使用随处可得的电子元件和材料,标准的过程,开放的基础架构,无限制的内容和开源的设计工具,以最大化个人利用硬件的便利性。


最近本人就职的深圳市优勤电子有限公司为客户生产了一批BeagleBone系列的定制开发板,主板涉及约140种物料,采用TI的AM3352的主芯片,ARM Cortex-A8架构的处理器,拥有4G的eMMC存储,1024M的DDR3内存和一个可扩展TF卡槽,支持UART,eMMC,ADC接口和IIC、SPI、CAN,USB(含Micro USB)接口,同时有无线、蓝牙、有线,RTC等功能。对于像深圳市优勤电子有限公司这样的SMT、PCBA代工代料企业而言,开发板这一类的产品属于中高难度,尤其是在硬件故障排除和功能测试方面,很能考验SMT工厂的综合能力。


以下简要地谈一下国内外主要的开发板。国外的开发板名气比较大些的有三个品牌,Arduino(, Respberry和BeagleBone。一般一个品牌多与一家芯片公司合作,用该公司品牌的主芯片。比如以上三家分别多使用 Atmel, 博通和德州仪器公司的芯片。这几年国内公司也推出性价比不错的开发板,比如Cubieboard, PcDuino, KiwiBoard, OrangePi,Banana Pi, Lichi Pi等(国内受Respberry树莓派的影响,不断地以水果命名,水果的名称都快被用完了),它们多采用国内公司的芯片,如全志、Action Semi,Rockchip等,台湾MTK,Realtek的方案也多被采用。


以下是国产的香蕉派M4的规格。

 对于列示的这些规格,作为SMT从业人员,市场上品牌、规格各不相同的开发板不下几百种,没有必要每一个参数都弄得十分清楚明白,但也不能完全没有概念。其实,这跟配电脑很相仿,电脑的几大块就是CPU,内存、硬盘、主板、显示器、电源等。而对于开发板,相对细一些,我们要了解的就是主芯片、ARM架构,内存、网络、音频、视频及各种接口。


对于我们SMT加工行业来说,只要解剖了一只稍微复杂的“麻雀”,其他的大同小异。那么,生产加工开发板的难点在哪些方面呢?深圳市优勤电子有限公司前段时间刚给客户交付了1000套BeagleBone的定制板,这是在打样确认后的第一次量产。其中也费了一些周折,我们认为作为PCBA代工代料的加工商,难点体现在物料质量的控制、贴装品质的控制、故障的排查和功能测试方面。


物料方面就不多讲,主要是采购要选择渠道正规、质量可靠的供应商。贴片加工环节,由于物料多而杂,必须做好自检和AOI的全检,确保没有贴错料、贴反料和漏贴物料。有的二极管很小,由于各种原因,可能会有一些贴反,这就给后面的硬件故障排查带来很大的考验。有时为了分析一块故障板,硬件工程师要不断的对照原理图,手工拆卸贴装一些元器件,花费几个小时甚至是一天的时间。而有些SMT工厂,根本没有硬件工程师,也就无法完成硬件故障的排查与修理。目前的功能测试都是人工测试,测试项目包括无线、蓝牙、有线、RTC,USB的OTG,HUB,内存,CAN等14项,每测一块板花费约半个小时。这样的测试效率与成本确实有很大的改善空间。


上面谈到的开发板必须用到ARM架构,现在复杂一点的移动设备都会涉及到ARM架构。对于这一块,我们有必要具备一些基本的知识。智能手机的普及让曾经式微的ARM架构相对于X86架构大放异彩。ARM公司原是英国的一家只做芯片IP授权的公司,后被软银控股,而今美国的英伟达又打算以400亿美元的天价将其收购。现在我们看一下ARM的产品系列:

当然,最近又新推出了一个定制的ARM Cortex X系列。

仅从ARM这个名称上理解,就包括它主要的三类产品,分别是A:Adavanced, R:Real-time 和M:Microcontrollers,A,R,M三类产品级别及难度依次下降,这是从根本上了解ARM产品概况的最简方法。这三类产品的主要区别在于:


A系列:顶级主控,在人机互动要求较高的场合,比如pda,手机,平板电脑, GPS等。A系列类似于CPU,都是可以运行操作系统,如Android, linux等


R系列:实时高性能处理器,主要应用在对实时性要求高的场合, 硬盘控制器,车载控制产品


M系列:通用低端,工业,消费电子领域微控制器, 不能跑操作系统(只能跑UCOS2),偏向于控制方面。


比如,深圳优勤电子公司最近加工生产的BeagleBone采用的是ARM Cortex-A8架构, 上文提到的Banana Pi采用的是ARM Cortex-53,而刚推出的Respberry Pi CM4采用效率更高的ARM Cortex-A72处理器。本人使用的华为Mate20手机使用的是Kirin 980芯片,采用的是八核,4个Cortex-A76和4个Cortex-A55,是全球第一款使用7nm工艺的手机,SOC上集成了69亿个晶体管。


最近发布的是ARM Cortex-A78,这里提及一下ARM的 PPA设计理念。PPA分别指Performance(性能),Power(功率) 和Area(面积)。目前ARM系列的芯片从简单理解就是要求性能越来越高、功耗和面积越来越小。ARM 官方称在结合了最新的 5nm 制程工艺后,Cortex-A78 相比上一代 A77 每瓦性能提升 20%,频率可以达到 3.0GHz,同等性能下功耗相比 A77 则降低多达 50%,并且单核面积也缩减了 5%(四核集群面积缩减 15%),可以为 SoC 中的其它组件腾出更多空间。


 新推出的Cortex-X1相较 A78 则更加强调性能,它是 ARM Cortex-X Custom 项目的首款产品,峰值性能相比Cortex-A77 提升 30%,机器学习性能提升 2 倍,整数运算性能相比同代产品 A78 也有 22% 的提升,不过Cortex-X1 的核心面积也更大,因此更适合结合 3 颗A78 与 4 颗 A55,作为芯片组中的唯一一颗超大核使用(此时芯片组面积会增加 15%)。 但最大的不同是X1打破了其功耗和面积限制,专注于获得最佳性能,而很少考虑PPA三角形的其他两个指标,更多关于ARM系列的产品细节,大家可以关注

https://www.arm.com/products/silicon-ip-cpu


以上就是深圳市优勤电子(www.yq-smt.com)就最近生产开发板的一点小结,大家如果有电子产品代工代料的需求,特别是类似开发板这样有一定难度的PCBA项目,欢迎随时与我们联系。

 

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