【開箱測評】搭載NVIDIA Jetson系列的工業(yè)級邊緣AI網(wǎng)關(guān)：研華EPC-R7200 - 研華

    用過NVIDIA Jetson的開發(fā)者都知道，Jetson本身是一片系統(tǒng)模塊（System on Module, SOM），但會(huì)搭配連接一片載板（Carrier Board），使其成為完整的電路系統(tǒng)，而后能用于學(xué)習(xí)、開發(fā)驗(yàn)證，一旦開發(fā)驗(yàn)證完，依據(jù)不同應(yīng)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(gè)攝像頭的載板，以便于視頻監(jiān)控、或換成有CAN Bus界面的載板，以便用于車載系統(tǒng)。   

    選定載板后，接下來就是鑲嵌到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境或應(yīng)用系統(tǒng)中，環(huán)境可能是開闊的農(nóng)場或橋梁下方，系統(tǒng)可能是無人機(jī)或無人搬運(yùn)車，這時(shí)電路系統(tǒng)必須選擇一個(gè)機(jī)構(gòu)外設(shè)，或鑲嵌到飛行器、搬運(yùn)車原有的機(jī)箱外殼內(nèi)，或?yàn)榇俗兏鼨C(jī)箱外設(shè)設(shè)計(jì)等。

    滿足邊緣AI應(yīng)用的開發(fā)彈性 

    針對上述需求，研華科技（Advantech）推出一款EPC-R7200網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，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(jī)箱，且為工控等級的機(jī)箱，只要將Jetson模塊放入，而后將整體放置到設(shè)定的位置或系統(tǒng)內(nèi)，就實(shí)現(xiàn)了完整的系統(tǒng)。

    EPC-R7200內(nèi)部電路板與載板，將Jetson模塊放入即完整了

    也由于Jetson采用「模塊＋載板」的彈性搭組設(shè)計(jì)，EPC-R7200的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，除了在載板的硬件設(shè)計(jì)考量了三款Jetson模塊 (Jetson TX2 NX、Jetson Xavier NX、Jetson Nano) 的適配性，同時(shí)落實(shí)軟件整合以及測試驗(yàn)證，確保使用者可以依照不同應(yīng)用情境選擇不同的Jetson模塊來安裝到網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中。同時(shí)因?yàn)槿�款Jetson模塊的功耗不盡相同，EPC-R7200也對應(yīng)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(yùn)算效能提升，或使用較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的模塊。

    EPC-R7200內(nèi)可選擇配置Jetson Nano (上)、Jetson Xavier NX (中) 或Jetson TX2 NX (下)，并有對應(yīng)的散熱片，最左為散熱膏

    對NVIDIA而言，自身只要專注于生產(chǎn)銷售Jetson即可，對于載板與機(jī)箱則是廣邀生態(tài)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(tǒng)，以及278套完整系統(tǒng)。在眾多搭配組合中EPC-7200網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)（載板＋外殼機(jī)箱）有何出色特點(diǎn)？本文以下將對此逐一拆解觀察。

    EPC-R7200外殼機(jī)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?dú)w功于另行設(shè)計(jì)搭配的散熱片，一般開發(fā)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(jī)殼頂蓋，即將熱傳導(dǎo)到整個(gè)機(jī)殼來實(shí)現(xiàn)散熱，也因?yàn)楦叨葴p容（減少容積）使EPC-R7200有更大的場景適用性，在極小的環(huán)境空間也能安裝，或直接裝入小系統(tǒng)內(nèi)，且?guī)缀醪挥酶淖兿到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，另也能固定在工廠常見的DIN滑軌上使用。

    研華科技EPC-R7200系統(tǒng)具有多樣的連接口及外殼設(shè)計(jì)

    從上圖可看出，EPC-R7200的前I/O面板有電源接入孔、2個(gè)USB口（USB 3.2標(biāo)準(zhǔn)）、2個(gè)GbE LAN口、1個(gè)HDMI 2.0輸出，以及2個(gè)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(qū)動(dòng)，2個(gè)USB口可能會(huì)被認(rèn)為太少，畢竟開發(fā)套件都有3、4個(gè)，但這點(diǎn)另有解決方法，后面將詳細(xì)介紹；2個(gè)LAN口也有些特別，因?yàn)殚_發(fā)套件多只有1個(gè)，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(gè)電源標(biāo)示，即EPC-R7200在運(yùn)行時(shí)便會(huì)亮起，另一是可供開發(fā)者自行定義。

    EPC-R7200外部、底蓋

    外部有RESET孔、天線孔（ANT），蓋內(nèi)則有USB-OTG端口、Micro SD卡卡槽以及Nano SIM卡卡槽

    EPC-R7200右側(cè)面板上有個(gè)重置（RESET）孔，用細(xì)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(xiàng)，分別是1個(gè)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(gè)MicroSD記憶卡槽，以及1個(gè)Nano SIM卡卡槽，另外側(cè)邊還可以看到2個(gè)較高位的孔，另一個(gè)側(cè)邊也有，總共4個(gè)孔位，可用于裝設(shè)無線收發(fā)天線。

    底蓋內(nèi)有除錯(cuò)端口（右下）、恢復(fù)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(gè)如邊門般用螺絲拴住的蓋，拆開后有四項(xiàng)，分別是除錯(cuò)端口（Debug Port/Console Port）、恢復(fù)鍵（Recovery Key/Button）、M.2 2230 Key E槽，以及M.2 3042 Key B槽。其中除錯(cuò)端口供開發(fā)人員使用，恢復(fù)鍵是在重啟也無效下可以使用的系統(tǒng)恢復(fù)手法，Key E槽用來接Wi-Fi、藍(lán)牙的通信模塊子卡，Key B槽則用來接WWAN無線網(wǎng)域網(wǎng)絡(luò)的通信模塊子卡，前述的Nano SIM卡也與此模塊相關(guān)。

    EPC-R7200 后I/O彈性擴(kuò)充

    EPC-R7200內(nèi)部載板的連接器可彈性連接不同的UIO40-Express I/O擴(kuò)展板，并有對應(yīng)搭配的EPC-R7200后I/O面板。（資料來源：研華科技）

    前面提到僅有2個(gè)USB端口似乎不夠，后I/O面板就成了發(fā)揮的地方，EPC-R7200在載板上另設(shè)有一組排針，可搭配研華UIO40-Express系列的I/O擴(kuò)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(lǐng)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(xié)定的固態(tài)硬盤（SSD），乃至I2C界面或一般的GPIO等。

    EPC-R7200邏輯方塊圖，藍(lán)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(jìn)行多種擴(kuò)充，例如使用Intel I210將Jetson的PCIe界面轉(zhuǎn)換為實(shí)際的LAN端口，或用USB 2.0 Hub晶片、USB 3.2 Gen2 Hub晶片擴(kuò)充Jetson原有的USB界面，或運(yùn)用收發(fā)器晶片將Jetson模塊的UART界面轉(zhuǎn)換成實(shí)際運(yùn)用的RS-232界面。另外針對影像感應(yīng)、顯示而設(shè)計(jì)的MIPI-CSI介面也依然可用。 要補(bǔ)充說明的是，事實(shí)上Jetson模塊本身就具有1組RGMII界面可實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)接來實(shí)現(xiàn)，然Jetson Nano模塊上的PCIe數(shù)量不足，因此只能使用1組LAN口。

    實(shí)際應(yīng)用：晶圓代工產(chǎn)業(yè)也買單

    了解EPC-R7200規(guī)格與設(shè)計(jì)后，更重要的是實(shí)際應(yīng)用如何？目前EPC-R7200已經(jīng)有多種應(yīng)用，例如用于交通監(jiān)控，對于違規(guī)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(xié)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(nèi)窺鏡影像�；蛉绲聡鴻C(jī)具大廠用于智慧農(nóng)業(yè)，透過人工智能識別實(shí)地精準(zhǔn)實(shí)施精準(zhǔn)噴灑，只針對雜草噴灑除草劑而避開作物；日本也同樣運(yùn)用于農(nóng)業(yè)工作的智慧機(jī)器人上。 最后再以臺灣晶圓制造代工相關(guān)業(yè)務(wù)為例細(xì)部說明，在晶圓制造過程中需要搬運(yùn)晶圓，且必須極小心的搬運(yùn)，避免精密的晶圓壞損，因而需要晶圓搬運(yùn)車，或稱晶圓搬運(yùn)機(jī)器人（Wafer Transfer Robot）。事實(shí)上，這類自動(dòng)搬運(yùn)車在各式工廠的角色都很重要，過去常見的是AGV自動(dòng)導(dǎo)向車，現(xiàn)在更智能化的搬運(yùn)車則稱AMR自主移動(dòng)機(jī)器人。  

    在此案例中，AMR上配置了EPC-R7200，而后用UART/RS-232介面操控移動(dòng)輪，用2組USB口連接攝像頭以監(jiān)測外部環(huán)境和物體移動(dòng)，再用1組USB連接Wi-Fi/藍(lán)牙通訊，以便可以接收指派的搬運(yùn)任務(wù)，另外用PCIe界面與CAN界面來操控搬運(yùn)手臂。為了引取與實(shí)現(xiàn)CAN界面、UART/RS-232界面，也用上研華UIO40-Express I/O系列的UIO-4034擴(kuò)展卡。

    EPC-R7200已運(yùn)用于晶圓片自動(dòng)搬運(yùn)車上，以AI技術(shù)感測環(huán)境與路線，從而精準(zhǔn)平穩(wěn)移動(dòng)。

    除硬件外，搬運(yùn)車也用及研華預(yù)先整合的軟件，包含Ubuntu Linux嵌入式系統(tǒng)、ROS/ROS2中介軟件，NVIDIA的ISAAC GEM，驅(qū)動(dòng)程序及軟件開發(fā)套件（SDK）等，使開發(fā)者可以更專注于人工智能應(yīng)用的開發(fā)，省去軟件執(zhí)行環(huán)境的多項(xiàng)初始工作。  

    小結(jié)

    總結(jié)而言，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，高預(yù)先整合的軟件、彈性配置的I/O、工控等級的堅(jiān)固耐久機(jī)箱等都是不可或缺的，以此為基礎(chǔ)方能真正實(shí)現(xiàn)滿足需求的Edge AI應(yīng)用，以此為論EPC-R7200確為理想的選擇。