【开箱测评】搭载NVIDIA Jetson系列的工业级边缘AI网关：研华EPC-R7200
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，另一个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。
常用的PCB设计规则
堪称全场景自拍神机，华为nova5系列人像超级夜景自拍实力超群
医疗废物在线监测系统对医废监管的价值
电子工程师应该修炼的九大内功
宝马或与吉利建立合作伙伴关系，扩大在华市场
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机器人浪潮的来临 正在逼迫我们进步
gsm模块有哪些_常见三款GSM模块介绍
基于MCE1417H100M模块设计一台调频发射机
led点阵管脚图引脚图
蜂窝物联网和蓝牙 LE 的协同作用
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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，另一个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。
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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。
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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。
常用的PCB设计规则
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