關(guān)于ARM架構(gòu)的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電源選擇

Linux 操作系統(tǒng)的誕生創(chuàng)始人林納斯·托瓦茲 、發(fā)展和成長(zhǎng)過(guò)程始終依賴著五個(gè)重要支柱：UNIX 操作系統(tǒng)、MINIX 操作系統(tǒng)、GNU計(jì)劃、POSIX 標(biāo)準(zhǔn)和Internet 網(wǎng)絡(luò)。只需幾分鐘，配備適當(dāng)?shù)腖inux發(fā)行版，開(kāi)發(fā)人員就可以將現(xiàn)成的電路板(如BeagleBoard或Panda Board)插入主機(jī)PC并開(kāi)始創(chuàng)建軟件。這些系統(tǒng)的易用性意味著嵌入式Linux開(kāi)發(fā)不必局限于專業(yè)開(kāi)發(fā)人員 - 實(shí)際上所有用戶都可以參與構(gòu)建家庭媒體服務(wù)器以及機(jī)器人的核心智能，而且經(jīng)驗(yàn)非常少。甚至學(xué)校也開(kāi)始使用這些電路板來(lái)教授計(jì)算機(jī)科學(xué)的元素。

圖1：顯示電路板連接器的BeagleBoard布局，其中幾個(gè)可用于傳輸電源

例如，BeagleBoard計(jì)劃的目的是以相對(duì)較低的成本為廣泛的用戶提供嵌入式開(kāi)源開(kāi)發(fā)平臺(tái)。基于德州儀器OMAP系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)備中的低功耗ARM Cortex-A系列處理器，最終的嵌入式計(jì)算機(jī)不需要風(fēng)扇，這意味著它可以實(shí)現(xiàn)靜默運(yùn)行。支持標(biāo)準(zhǔn)接口，支持產(chǎn)品的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)如雨后春筍般涌現(xiàn)，并且由于已發(fā)布的界面，鼓勵(lì)用戶自行開(kāi)發(fā)。同樣，Panda Board項(xiàng)目基于德州儀器的另一款基于ARM的OMAP嵌入式處理器。圍繞它形成了另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。還有一些Linux供應(yīng)商自己出售用于評(píng)估和低容量的Linux計(jì)算機(jī)，例如飛思卡爾半導(dǎo)體的Sabre和Tower System平臺(tái)。

如所提供的，一些現(xiàn)成的Linux平臺(tái)配備了電源。例如，飛思卡爾的Sabre平臺(tái)配有適當(dāng)?shù)碾娫催m配器。許多其他產(chǎn)品作為裸板提供，用戶負(fù)責(zé)選擇兼容的電源適配器。有些甚至沒(méi)有傳統(tǒng)的直流輸入連接器。例如，飛思卡爾塔式系統(tǒng)使用螺釘端子進(jìn)行專用電源連接。這不需要延遲使系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行的過(guò)程。它可以通過(guò)內(nèi)置USB連接器供電。

塔式系統(tǒng)不僅僅是通過(guò)USB支持直流電源。例如，BeagleBoard可以從直流輸入插孔插座或使用其中一個(gè)USB連接器接收電源。 USB 1.x和2.0規(guī)范均提供其一個(gè)引腳上承載的5 V標(biāo)稱電源。 USB連接提供的電流是有限的，但對(duì)于BeagleBoard等設(shè)備來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。在USB上，單位負(fù)載定義為電流消耗為100 mA。單個(gè)設(shè)備可以使用多達(dá)五個(gè)單位的功率，總共500 mA。

圖2：USB引腳排列

USB可用的電源水平可能不足以為處理器和目標(biāo)平臺(tái)上的所有外圍設(shè)備供電。可以使用Y型電纜為兩個(gè)USB端口供電或使用帶USB電纜的專用電源(如CUI EMSA 5W USB)來(lái)提高功率水平。這可以提供與從墻壁插座直接連接BeagleBoard或飛思卡爾塔式系統(tǒng)等平臺(tái)的兩個(gè)USB端口相同的功率。

對(duì)于更高級(jí)別的電源，用戶的主要選擇是使用專用電源供電到板載電源連接器。對(duì)于BeagleBoard，連接器的內(nèi)徑必須為2.1 mm，外徑為5.5 mm，長(zhǎng)度為9.5 mm。主要要求是外部穩(wěn)壓器提供5 V電源 - 更高的電壓可能會(huì)損壞電子設(shè)備。

適合BeagleBoard的電源是Phihong制造的PSC12R-050。該調(diào)節(jié)器由120/230 V壁裝插座提供電源，專為國(guó)際使用而設(shè)計(jì)。調(diào)節(jié)器附帶了許多插頭適配器，可以在歐洲，美國(guó)和亞洲使用。當(dāng)電路板斷電時(shí)(低于0.3 W)，該設(shè)備可以消耗很少的電力，并且可以提供高達(dá)2 A的電流，即使使用USB Y型電纜供電也可以提供兩倍的電流。

Phihong PSAC30U等電源提供更高功率，推薦用于熊貓板等平臺(tái)。 PSAC30U是一款額定功率高達(dá)20 W的臺(tái)式電源，但具有低功耗靜態(tài)模式，當(dāng)熊貓板或其等效電源關(guān)閉時(shí)，功耗降至0.3 W以下。

可移植性在許多應(yīng)用程序中都很重要。小型現(xiàn)成Linux平臺(tái)的低能耗需求使得嵌入式系統(tǒng)可以通過(guò)電池供電。 Circuitco Electronics的Battery Cape等配件為BeagleBone提供了一個(gè)易于插拔的便攜式電源。

該模塊使用多達(dá)四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)AA電池以及電源控制和指示燈為BeagleBone提供5 V電源。

如果電池電量不足以保持系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，請(qǐng)將這些平臺(tái)中的一個(gè)遠(yuǎn)離墻壁插座供電，這不是問(wèn)題。以太網(wǎng)為現(xiàn)成的Linux平臺(tái)提供了進(jìn)一步的選擇。以后對(duì)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的修訂使得可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的5類網(wǎng)絡(luò)布線提供電力并與標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備共存。

USB可以在最遠(yuǎn)5米的距離內(nèi)供電，以太網(wǎng)供電(PoE)可將電源線的有效長(zhǎng)度延長(zhǎng)至100米。該標(biāo)準(zhǔn)的2003版本允許在44 V至57 V的電壓下提供高達(dá)15.4 W的直流電源。較高的電壓使得可以在較長(zhǎng)距離內(nèi)輸出功率而不會(huì)造成重大損失。在較低阻力的5類布線的幫助下，2009年后期版本將最大功率提高至34.2 W.

標(biāo)準(zhǔn)的5類數(shù)據(jù)線內(nèi)部有4對(duì)雙絞線，但只有兩根用于傳輸舊的10Base-T和100Base-T以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。未使用的電線可用于提供直流電源。最初的以太網(wǎng)供電(PoE)標(biāo)準(zhǔn)不能用于更高速的網(wǎng)絡(luò)，例如1000Base-T，因?yàn)樗鼈儗?shù)據(jù)信號(hào)分成所有四個(gè)雙絞線。

2009版本指定了一種類似于用于錄音室麥克風(fēng)的幻象供電技術(shù)，通過(guò)也用于信令的線路提供直流電壓。通過(guò)信號(hào)線傳送相同的DC電壓。這與1000Base-T設(shè)備兼容，因?yàn)楹诵囊蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在所有信號(hào)線上使用變壓器耦合?？梢詮拿慷俗儔浩魃系闹行某轭^訪問(wèn)直流電源。

圖3：(上)10/100Base的以太網(wǎng)供電連接-T和(底部)1000Base-T使用幻象電源

市場(chǎng)上有許多直接支持PoE的產(chǎn)品，但它們往往是針對(duì)特定應(yīng)用的產(chǎn)品，例如互聯(lián)網(wǎng)電話和安全攝像頭。很少有標(biāo)準(zhǔn)Linux平臺(tái)具有以太網(wǎng)端口，這些端口也將采用直流電源。但是，這并不排除將PoE應(yīng)用于這些平臺(tái)，即使在使用不通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸電源的交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)中也是如此。

Phihong POE14系列適配器可以插在交換機(jī)和另一個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備之間，通常是要供電的設(shè)備。它將電源分離為直流電源線，可通過(guò)直流插孔輸入連接器插入現(xiàn)成的Linux平臺(tái)。 Phihong分配器的電源提示是用戶可更改的，以提供與各種電路板的兼容性。 5 V型號(hào)可提供高達(dá)12.5 W的功率。

要將電源插入以太網(wǎng)電纜，可以使用Laird Technologies POE-48I等插入器。插入器從墻壁插座獲取電源并將其轉(zhuǎn)換為使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接器注入網(wǎng)絡(luò)電纜的48 V DC。

由于支持各種數(shù)據(jù)連接的直流電流，向現(xiàn)成的Linux平臺(tái)(如BeagleBoard和Panda Board)供電的選項(xiàng)比乍看之下更廣泛。 USB可以為開(kāi)發(fā)階段提供易于使用的電源，PoE用于遠(yuǎn)程部署，即使對(duì)于電流消耗相對(duì)較高的電路板，或者在BeagleBone等功耗較低的平臺(tái)的情況下也可以使用電池電源。