Markkinoilla on tarjolla suuri määrä valmiita laitteistoratkaisuja ja ohjelmistoalustoja. Kun valmiit ratkaisut eivät suoraan sovellu aiottuun käyttötarkoitukseen, tarvitaan usein asiakaskohtaisten laitteistojen ja ohjelmistojen suunnittelua. Tämä artikkeli käsittelee keskeisiä asioita, jotka on huomioitava tietotekniikkaa sisältävän tuotteen teknisen ratkaisun valinnassa ja suunnittelussa.
Kun suunnittelet tuotteesi elektroniikan ja ohjelmiston itse tai yhteistyössä suunnitteluyrityksen kanssa, voit hallita sen ominaisuuksia ja immateriaalioikeuksia täysin. Täysin sovelluksellesi räätälöity suunnittelu antaa mahdollisuuden säädellä jokaista yksityiskohtaa ilman kompromisseja.
Jos haluat suunnitella täsmälleen halutun kokoisen tuotteen, joka myös näyttää täsmälleen sellaiselta kuin tahdot, on suunniteltava kyseiseen tarkoitukseen räätälöity tuote. Esimerkiksi laajan, useista osista koostuvan tuotteen modernisointi vaatii usein uuteen teknologiaan perustuvia laitteiston osia, jotka sopivat vanhan osan paikalle sekä mekaanisesti että toiminnallisesti.
Erityisesti sovelluskohtaiset liittimet ja rajapinnat voidaan tukea luotettavasti vain asiakaskohtaisesti suunnitellulla laitteistolla.
Kestävyys ja olosuhteet
Jos tuotteen on toimittava vaativissa käyttöolosuhteissa, koteloinnin ja elektroniikan on vastattava sovelluksen erityisvaatimuksia. Tämä voi tarkoittaa esimerkiksi laajaa käyttölämpötila-aluetta, kovia ympäristöolosuhteita tai korkeaa fyysistä turvallisuutta.
Asiakaskohtaisen laitteiston suunnittelu voi parantaa energiatehokkuutta ja alentaa valmistuskustannuksia. Valitsemalla täsmälleen oikeat komponentit voit optimoida energiankulutuksen ja säästää tuotannon hinnassa. Esimerkiksi valitsemalla kevyemmän prosessorin tehokkaan yleiskäyttöisen sijaan voit säästää sekä energiankulutuksessa että valmistuskustannuksissa.
Räätälöity tuote kannattaa usein suunnitella pitkään elinkaarta ajatellen. Tämä tarkoittaa sekä laitteen luotettavaa käyttöikää että mahdollisuutta valmistaa tuotetta pitkän ajan ilman suuria muutoksia.
Räätälöidyn laitteiston suunnitteluprosessi
Räätälöidyn sulautetun laitteiston valitseminen valmiin COTS (Commercial Off-The-Shelf) -laitteiston sijaan riippuu monista tekijöistä. Tässä muutamia keskeisiä huomioon otettavia asioita:
Prosessorin valinta: Mikro-ohjain (MCU) sopii reaaliaikaisiin tehtäviin, sovellusprosessori (CPU) sopii korkeamman tason toiminnallisuuksiin.
Käyttöjärjestelmä: Linux vaatii sovellusprosessorin, muistisuojauksen ja useita megatavuja RAM-muistia, RTOSia voidaan ajaa kevyellä mikro-ohjaimella, jolla on vain muutama sata kilotavua muistia.
Liiketoiminnan näkökulma: Tuotantomäärät ja kustannustavoitteet tulee määrittää alussa ja pitkä elinkaari ja toimitusketjun vaatimukset on otettava huomioon
Erilaiset räätälöintitasot
Räätälöinnin aste vaihtelee valmiin laitteistoalustan ja kokonaan uuden suunnittelun välillä. Mahdollisia vaihtoehtoja ovat:
Valmis laitteisto – Pöytä- ja kannettavat tietokoneet, teollisuustietokoneet
Korttitietokoneet (SBC) – Sopivat sulautettuihin järjestelmiin, joissa tila ja virrankulutus ovat kriittisiä
Computer-on-Modules (CoM) – Moduuliratkaisu, jossa on standardoidut liittimet
Täysin räätälöity suunnittelu – Mekaanisesti ja elektronisesti täysin sovellukseen suunniteltu ratkaisu
Nopeutettu kehitys ja prototyyppien merkitys
Nykyään uuden elektroniikkatuotteen prototyypin rakentaminen on helpompaa kuin koskaan. Kehitystyössä voidaan käyttää muiden muassa Maker-tuotteita ja arviointikortteja nopeaan prototyyppien luomiseen, testattuja ja tunnetusti hyviä laitteistosuunnitelmia kehityksen nopeuttamiseksi, sekä sertifioituja RF-moduuleja, jotka helpottavat radiotaajuussertifikaattien hankintaa.
Tuotekehitys perinteisesti kestää noin 8–12 kuukautta, mutta kehitys voi nopeutua 4–8 kuukauteen räätälöintitasosta riippuen.
Artikkeli perustuu Tomi Engdahlin esitykseen "Custom vs off-the-shelf – perspectives for 2025" Embedded Conference Finland 2024 -tapahtumassa. Alkuperäinen teksti täällä.
Norjalainen Sensibel on esitellyt optiseen MEMS-tekniikkaan perustuvan SBM140B-mikrofonin, jonka dynamiikka yltää 136 desibeliin. Valmistajan mukaan vastaavaan suorituskykyyn ei päästä perinteisillä kapasitiivisilla MEMS-mikrofoneilla.
Suojattu flash-muisti tarjoaa verkkoon liitetyille laitteille ja järjestelmille laitteistopohjaisen suojauskerroksen ja täyttää NIST SP800-193 -ohjeistuksen mukaiset häiriönsietovaatimukset. Muistipiireihin erikoistuneen Winbondin kehittämä suojattu flash-piiri on myös suoraan korvaava ja täysin yhteensopiva tavanomaisten NOR-flash-piirien kanssa.