一文带你了解嵌入式主板

嵌入式主板是专为嵌入式系统设计的计算机主板。它与我们常见的台式机或笔记本电脑主板有着显著的区别，核心在于它不是为了通用计算，而是为了执行特定任务而设计、集成到更大的设备或系统中。

以下是嵌入式主板的关键特点和信息：

1. 核心定义与目的：

   专用性：设计用于执行特定功能（如控制、监控、数据处理、通信），而不是运行通用操作系统（如Windows）进行各种软件应用。

   集成性：通常作为最终产品（如工业机器、医疗设备、车载信息娱乐系统、智能家居网关、POS机、数字标牌、网络设备等）内部的一个组件。

   可靠性&稳定性：需要在各种环境（高温、低温、潮湿、震动、粉尘、长时间不间断运行）下稳定可靠地工作。

    低功耗：通常对功耗有严格要求，特别是对于便携式或电池供电设备。

    小型化&紧凑化：尺寸和形状多样（从邮票大小到Mini-ITX大小），以适应狭小的空间限制。

2. 主要特点：

   处理器架构多样化：

   ARM:占据绝对主流（如Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M系列），因其高性能、低功耗和丰富的生态系统（树莓派核心就是ARM）。

   x86:英特尔Atom, Celeron, Pentium, Core i系列；AMD Ryzen Embedded, G系列等。在需要更高性能、x86软件兼容性或特定Windows应用的场景常见。

   RISC-V:新兴的开源指令集架构，增长迅速。

   PowerPC/MIPS:在特定传统或专有领域仍有应用，但份额缩小。

   高度集成：处理器、内存（通常是板贴）、存储接口（eMMC, SD, SATA）、基本I/O（USB, Ethernet, Serial）通常都集成在主板上。集成显卡/视频输出（HDMI, DP, LVDS, eDP）也很常见。

   丰富的I/O和扩展接口：

   除标准接口外，通常提供嵌入式领域专用接口：

   GPIO：通用输入输出，用于控制开关、读取传感器等。

   串行接口：UART, RS-232/422/485（工业通信）。

   现场总线：CAN, CAN FD（汽车、工业控制）。

   工业以太网：PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP等（工业自动化）。

   特定接口：I2C, SPI, PCIe, SMBus, ADC/DAC等。

   扩展方式：PC/104, PCI/PCIe Mini Card, M.2（Key B/M/E）, SIM卡槽、板对板连接器等。

   宽温支持：许多工业级嵌入式主板能在-40°C到+85°C甚至更宽的温度范围内运行。

   长生命周期：制造商通常会承诺较长的供货周期（如5-10年甚至更长），这对于工业、医疗等需要长期维护和备件的领域至关重要。

   无风扇或低噪音设计：通过散热片、优化布局或被动散热实现，提高可靠性并适应安静环境。

   定制化潜力：厂商常提供定制服务（裁剪功能、修改接口、调整尺寸、特定认证等），满足特定项目需求。

3. 常见形态规格：

   核心板/系统模块：最紧凑的形式（如NXP i.MX, TI Sitara的SOM；树莓派Compute Module, NVIDIA Jetson）。包含CPU、内存、存储、基础电源管理，通过高密度连接器（如MXM, SO-DIMM样式）连接到载板。载板提供具体I/O和扩展。极大方便了开发和快速产品化。

小型化标准板型：

   PC/104, PC/104-Plus, PCI/104, PCIe/104：堆叠式标准，历史悠久，用于坚固环境。

   Mini-ITX (170x170mm)：最常见的嵌入式标准板型之一，兼容性强，扩展性好。

   Nano-ITX (120x120mm), Pico-ITX (100x72mm)：更小巧。

   3.5" SBC (146x102mm), 5.25" SBC (203x146mm)：以英寸命名，尺寸固定。

   Qseven (70x70mm), SMARC (82x80mm)：基于MXM/SO-DIMM连接器的核心板标准。

   专有板型：厂商根据特定应用设计的独特形状和尺寸。

4. 主要应用领域：

   工业自动化与控制：PLC, HMI, 机器视觉, 机器人控制, 数据采集(SCADA), 测试测量设备。

   医疗设备：监护仪, 影像设备, 诊断设备, 便携式医疗终端。

   交通运输：车载信息娱乐系统, 行车记录仪, 高级驾驶辅助系统, 车队管理, 轨道交通控制。

   网络通信：路由器, 交换机, 防火墙, 5G小基站, 网络附加存储。

   物联网：物联网网关, 边缘计算节点, 智能传感器集线器。

   数字标牌与信息发布：广告机, 交互式信息亭, 大屏幕控制器。

   零售与餐饮：POS终端, 自助结账机, Kiosk。

   安防监控：NVR, DVR, 门禁控制系统, 智能摄像头。

   军工与航空航天：坚固型设备, 航电系统。

   消费电子：智能家居中枢, 高端家电控制板, 游戏街机。

5. 选择嵌入式主板的关键考虑因素：

   性能需求：CPU算力、GPU能力（是否需要图形加速/显示）、内存大小、存储容量和速度。

    功耗限制：供电方式（AC/DC, PoE, 电池）、散热设计（有无风扇、散热片）。

   环境要求：工作温度范围、湿度、防尘防水等级、抗震抗冲击要求。

    I/O接口要求：所需接口的类型、数量（USB, Ethernet, Serial, GPIO, 视频输出, 专用总线等）。

   扩展需求：是否需要PCIe插槽、Mini PCIe/M.2插槽、或其他扩展方式。

   尺寸与外形：设备内部空间限制。

   操作系统支持：需要运行什么系统（Linux发行版 - Yocto, Ubuntu, Debian; Windows IoT; Android; VxWorks, QNX等RTOS）。

   软件开发支持：BSP质量、驱动支持、文档、开发工具链、社区/技术支持。

   生命周期与供应保障：产品预计上市时间和维护周期。

   成本：包括主板本身、开发成本、集成成本。

    认证要求：行业特定认证（如工业EMC、医疗、汽车、军工）。