用過NVIDIA Jetson的開發者都知道,Jetson本身是一片系統模塊(System on Module, SOM),但會搭配連接一片載板(Carrier Board),使其成為完整的電路系統,而后能用于學習、開發驗證,一旦開發驗證完,依據不同應用的需要,Jetson模塊可彈性搭配不同的載板,例如換成可連接多個攝像頭的載板,以便于視頻監控、或換成有CAN Bus界面的載板,以便用于車載系統。
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選定載板后,接下來就是鑲嵌到實際應用環境或應用系統中,環境可能是開闊的農場或橋梁下方,系統可能是無人機或無人搬運車,這時電路系統必須選擇一個機構外設,或鑲嵌到飛行器、搬運車原有的機箱外殼內,或為此變更機箱外設設計等。
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滿足邊緣AI應用的開發彈性
針對上述需求,研華科技(Advantech)推出一款EPC-R7200網關系統,也是本次要開箱介紹的主題。這款EPC-R7200已具有一片Jetson的載板及外殼機箱,且為工控等級的機箱,只要將Jetson模塊放入,而后將整體放置到設定的位置或系統內,就實現了完整的系統。
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EPC-R7200內部電路板與載板,將Jetson模塊放入即完整了
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也由于Jetson采用「模塊+載板」的彈性搭組設計,EPC-R7200的網關系統設計,除了在載板的硬件設計考量了三款Jetson模塊 (Jetson TX2 NX、Jetson Xavier NX、Jetson Nano) 的適配性,同時落實軟件整合以及測試驗證,確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。同時因為三款Jetson模塊的功耗不盡相同,EPC-R7200也對應提供三種散熱片作為配件,使用者可以輕松替換不同的Jetson模塊,使人工智能運算效能提升,或使用較經濟實惠的模塊。
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EPC-R7200內可選擇配置Jetson Nano (上)、Jetson Xavier NX (中) 或Jetson TX2 NX (下),并有對應的散熱片,最左為散熱膏
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對NVIDIA而言,自身只要專注于生產銷售Jetson即可,對于載板與機箱則是廣邀生態伙伴參與。截止2022年4月,NVIDIA官方已公布有107款載板、19套開放系統,以及278套完整系統。在眾多搭配組合中EPC-7200網關系統(載板+外殼機箱)有何出色特點?本文以下將對此逐一拆解觀察。
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EPC-R7200外殼機箱、前I/O面板
先自外部觀察,EPC-R7200外觀緊湊小巧(Compact),尺寸僅15.2 x 13.7 x4.2公分,能如此輕薄小巧要歸功于另行設計搭配的散熱片,一般開發階段用的Jetson模塊有著高大的散熱片,但EPC-R7200改用低矮散熱片,散熱片頂再貼到機殼頂蓋,即將熱傳導到整個機殼來實現散熱,也因為高度減容(減少容積)使EPC-R7200有更大的場景適用性,在極小的環境空間也能安裝,或直接裝入小系統內,且幾乎不用改變系統的設計,另也能固定在工廠常見的DIN滑軌上使用。
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研華科技EPC-R7200系統具有多樣的連接口及外殼設計
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從上圖可看出,EPC-R7200的前I/O面板有電源接入孔、2個USB口(USB 3.2標準)、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,即拿一般汽車電瓶都可以驅動,2個USB口可能會被認為太少,畢竟開發套件都有3、4個,但這點另有解決方法,后面將詳細介紹;2個LAN口也有些特別,因為開發套件多只有1個,此也將在后面闡述。
HDMI方面則能輸出4K清晰度(3840 x 2160),頻率60Hz;在LED上,一個電源標示,即EPC-R7200在運行時便會亮起,另一個可供開發者自行定義。
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EPC-R7200外部、底蓋
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EPC-R7200右側面板上有個重置(RESET)孔,用細尖物刺入即可重啟;然后有一處螺絲拴住的蓋,拆開蓋后有三項,分別是1個USB 2.0 OTG端口(只能讓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,另外側邊還可以看到2個較高位的孔,另一個側邊也有,總共4個孔位,可用于裝設無線收發天線。
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底蓋內有除錯端口(右下)、恢復鍵(最下)、M.2 2230 Key E槽(右上),以及M.2 3042 Key B槽(左)
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EPC-R7200底部也有一個如邊門般用螺絲拴住的蓋,拆開后有四項,分別是除錯端口(Debug Port/Console Port)、恢復鍵(Recovery Key/Button)、M.2 2230 Key E槽,以及M.2 3042 Key B槽。其中除錯端口供開發人員使用,恢復鍵是在重啟也無效下可以使用的系統恢復手法,Key E槽用來接Wi-Fi、藍牙的通信模塊子卡,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。
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EPC-R7200 后I/O彈性擴充
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前面提到僅有2個USB端口似乎不夠,后I/O面板就成了發揮的地方,EPC-R7200在載板上另設有一組排針,可搭配研華UIO40-Express系列的I/O擴展板配置更多的I/O端口。例如,可以放置更多的LAN端口、更多USB端口,或工控領域常用的RS-232端口、RS-485端口,車用電子常見的CAN端口,或透過M.2 Key M槽連接NVMe協定的固態硬盤(SSD),乃至I2C界面或一般的GPIO等。
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EPC-R7200邏輯方塊圖,藍色部分為I/O介面,橘色部分為載板用及的晶片以及與Jetson模塊連接的界面。(資料來源:研華科技)
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整體而言,EPC-R7200的載板已先為Jetson模塊進行多種擴充,例如使用Intel I210將Jetson的PCIe界面轉換為實際的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,或運用收發器晶片將Jetson模塊的UART界面轉換成實際運用的RS-232界面。另外針對影像感應、顯示而設計的MIPI-CSI介面也依然可用。
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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,因此只能使用1組LAN口。
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實際應用:晶圓代工產業也買單
了解EPC-R7200規格與設計后,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,對于違規車輛可以用影像記錄與辨識車牌;或可用于人臉識別,識別是否有配戴口罩以協助防疫,或用于無人旅館的自助退房,或用于寵物的人工智能內窺鏡影像。或如德國機具大廠用于智慧農業,透過人工智能識別實地精準實施精準噴灑,只針對雜草噴灑除草劑而避開作物;日本也同樣運用于農業工作的智慧機器人上。
最后再以臺灣晶圓制造代工相關業務為例細部說明,在晶圓制造過程中需要搬運晶圓,且必須極小心的搬運,避免精密的晶圓壞損,因而需要晶圓搬運車,或稱晶圓搬運機器人(Wafer Transfer Robot)。事實上,這類自動搬運車在各式工廠的角色都很重要,過去常見的是AGV自動導向車,現在更智能化的搬運車則稱AMR自主移動機器人。
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在此案例中,AMR上配置了EPC-R7200,而后用UART/RS-232介面操控移動輪,用2組USB口連接攝像頭以監測外部環境和物體移動,再用1組USB連接Wi-Fi/藍牙通訊,以便可以接收指派的搬運任務,另外用PCIe界面與CAN界面來操控搬運手臂。為了引取與實現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。
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EPC-R7200已運用于晶圓片自動搬運車上,以AI技術感測環境與路線,從而精準平穩移動。
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除硬件外,搬運車也用及研華預先整合的軟件,包含Ubuntu Linux嵌入式系統、ROS/ROS2中介軟件,NVIDIA的ISAAC GEM,驅動程序及軟件開發套件(SDK)等,使開發者可以更專注于人工智能應用的開發,省去軟件執行環境的多項初始工作。
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小結
總結而言,在實際應用環境中,高預先整合的軟件、彈性配置的I/O、工控等級的堅固耐久機箱等都是不可或缺的,以此為基礎方能真正實現滿足需求的Edge AI應用,以此為論EPC-R7200確為理想的選擇。
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選定載板后,接下來就是鑲嵌到實際應用環境或應用系統中,環境可能是開闊的農場或橋梁下方,系統可能是無人機或無人搬運車,這時電路系統必須選擇一個機構外設,或鑲嵌到飛行器、搬運車原有的機箱外殼內,或為此變更機箱外設設計等。
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滿足邊緣AI應用的開發彈性
針對上述需求,研華科技(Advantech)推出一款EPC-R7200網關系統,也是本次要開箱介紹的主題。這款EPC-R7200已具有一片Jetson的載板及外殼機箱,且為工控等級的機箱,只要將Jetson模塊放入,而后將整體放置到設定的位置或系統內,就實現了完整的系統。
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EPC-R7200內部電路板與載板,將Jetson模塊放入即完整了
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EPC-R7200內可選擇配置Jetson Nano (上)、Jetson Xavier NX (中) 或Jetson TX2 NX (下),并有對應的散熱片,最左為散熱膏
對NVIDIA而言,自身只要專注于生產銷售Jetson即可,對于載板與機箱則是廣邀生態伙伴參與。截止2022年4月,NVIDIA官方已公布有107款載板、19套開放系統,以及278套完整系統。在眾多搭配組合中EPC-7200網關系統(載板+外殼機箱)有何出色特點?本文以下將對此逐一拆解觀察。
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EPC-R7200外殼機箱、前I/O面板
先自外部觀察,EPC-R7200外觀緊湊小巧(Compact),尺寸僅15.2 x 13.7 x4.2公分,能如此輕薄小巧要歸功于另行設計搭配的散熱片,一般開發階段用的Jetson模塊有著高大的散熱片,但EPC-R7200改用低矮散熱片,散熱片頂再貼到機殼頂蓋,即將熱傳導到整個機殼來實現散熱,也因為高度減容(減少容積)使EPC-R7200有更大的場景適用性,在極小的環境空間也能安裝,或直接裝入小系統內,且幾乎不用改變系統的設計,另也能固定在工廠常見的DIN滑軌上使用。
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研華科技EPC-R7200系統具有多樣的連接口及外殼設計
從上圖可看出,EPC-R7200的前I/O面板有電源接入孔、2個USB口(USB 3.2標準)、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,即拿一般汽車電瓶都可以驅動,2個USB口可能會被認為太少,畢竟開發套件都有3、4個,但這點另有解決方法,后面將詳細介紹;2個LAN口也有些特別,因為開發套件多只有1個,此也將在后面闡述。
HDMI方面則能輸出4K清晰度(3840 x 2160),頻率60Hz;在LED上,一個電源標示,即EPC-R7200在運行時便會亮起,另一個可供開發者自行定義。
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EPC-R7200外部、底蓋
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EPC-R7200右側面板上有個重置(RESET)孔,用細尖物刺入即可重啟;然后有一處螺絲拴住的蓋,拆開蓋后有三項,分別是1個USB 2.0 OTG端口(只能讓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,另外側邊還可以看到2個較高位的孔,另一個側邊也有,總共4個孔位,可用于裝設無線收發天線。
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底蓋內有除錯端口(右下)、恢復鍵(最下)、M.2 2230 Key E槽(右上),以及M.2 3042 Key B槽(左)
EPC-R7200底部也有一個如邊門般用螺絲拴住的蓋,拆開后有四項,分別是除錯端口(Debug Port/Console Port)、恢復鍵(Recovery Key/Button)、M.2 2230 Key E槽,以及M.2 3042 Key B槽。其中除錯端口供開發人員使用,恢復鍵是在重啟也無效下可以使用的系統恢復手法,Key E槽用來接Wi-Fi、藍牙的通信模塊子卡,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。
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EPC-R7200 后I/O彈性擴充
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前面提到僅有2個USB端口似乎不夠,后I/O面板就成了發揮的地方,EPC-R7200在載板上另設有一組排針,可搭配研華UIO40-Express系列的I/O擴展板配置更多的I/O端口。例如,可以放置更多的LAN端口、更多USB端口,或工控領域常用的RS-232端口、RS-485端口,車用電子常見的CAN端口,或透過M.2 Key M槽連接NVMe協定的固態硬盤(SSD),乃至I2C界面或一般的GPIO等。
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EPC-R7200邏輯方塊圖,藍色部分為I/O介面,橘色部分為載板用及的晶片以及與Jetson模塊連接的界面。(資料來源:研華科技)
整體而言,EPC-R7200的載板已先為Jetson模塊進行多種擴充,例如使用Intel I210將Jetson的PCIe界面轉換為實際的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,或運用收發器晶片將Jetson模塊的UART界面轉換成實際運用的RS-232界面。另外針對影像感應、顯示而設計的MIPI-CSI介面也依然可用。
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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,因此只能使用1組LAN口。
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實際應用:晶圓代工產業也買單
了解EPC-R7200規格與設計后,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,對于違規車輛可以用影像記錄與辨識車牌;或可用于人臉識別,識別是否有配戴口罩以協助防疫,或用于無人旅館的自助退房,或用于寵物的人工智能內窺鏡影像。或如德國機具大廠用于智慧農業,透過人工智能識別實地精準實施精準噴灑,只針對雜草噴灑除草劑而避開作物;日本也同樣運用于農業工作的智慧機器人上。
最后再以臺灣晶圓制造代工相關業務為例細部說明,在晶圓制造過程中需要搬運晶圓,且必須極小心的搬運,避免精密的晶圓壞損,因而需要晶圓搬運車,或稱晶圓搬運機器人(Wafer Transfer Robot)。事實上,這類自動搬運車在各式工廠的角色都很重要,過去常見的是AGV自動導向車,現在更智能化的搬運車則稱AMR自主移動機器人。
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在此案例中,AMR上配置了EPC-R7200,而后用UART/RS-232介面操控移動輪,用2組USB口連接攝像頭以監測外部環境和物體移動,再用1組USB連接Wi-Fi/藍牙通訊,以便可以接收指派的搬運任務,另外用PCIe界面與CAN界面來操控搬運手臂。為了引取與實現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。
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EPC-R7200已運用于晶圓片自動搬運車上,以AI技術感測環境與路線,從而精準平穩移動。
除硬件外,搬運車也用及研華預先整合的軟件,包含Ubuntu Linux嵌入式系統、ROS/ROS2中介軟件,NVIDIA的ISAAC GEM,驅動程序及軟件開發套件(SDK)等,使開發者可以更專注于人工智能應用的開發,省去軟件執行環境的多項初始工作。
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小結
總結而言,在實際應用環境中,高預先整合的軟件、彈性配置的I/O、工控等級的堅固耐久機箱等都是不可或缺的,以此為基礎方能真正實現滿足需求的Edge AI應用,以此為論EPC-R7200確為理想的選擇。
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