關于ARM架構(gòu)的嵌入式Linux開發(fā)平臺的電源選擇

Linux 操作系統(tǒng)的誕生創(chuàng)始人林納斯·托瓦茲 、發(fā)展和成長過程始終依賴著五個重要支柱：UNIX 操作系統(tǒng)、MINIX 操作系統(tǒng)、GNU計劃、POSIX 標準和Internet 網(wǎng)絡。只需幾分鐘，配備適當?shù)腖inux發(fā)行版，開發(fā)人員就可以將現(xiàn)成的電路板(如BeagleBoard或Panda Board)插入主機PC并開始創(chuàng)建軟件。這些系統(tǒng)的易用性意味著嵌入式Linux開發(fā)不必局限于專業(yè)開發(fā)人員 - 實際上所有用戶都可以參與構(gòu)建家庭媒體服務器以及機器人的核心智能，而且經(jīng)驗非常少。甚至學校也開始使用這些電路板來教授計算機科學的元素。

圖1：顯示電路板連接器的BeagleBoard布局，其中幾個可用于傳輸電源

例如，BeagleBoard計劃的目的是以相對較低的成本為廣泛的用戶提供嵌入式開源開發(fā)平臺。基于德州儀器OMAP系統(tǒng)級芯片設備中的低功耗ARM Cortex-A系列處理器，最終的嵌入式計算機不需要風扇，這意味著它可以實現(xiàn)靜默運行。支持標準接口，支持產(chǎn)品的整個生態(tài)系統(tǒng)如雨后春筍般涌現(xiàn)，并且由于已發(fā)布的界面，鼓勵用戶自行開發(fā)。同樣，Panda Board項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生態(tài)系統(tǒng)。還有一些Linux供應商自己出售用于評估和低容量的Linux計算機，例如飛思卡爾半導體的Sabre和Tower System平臺。

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

塔式系統(tǒng)不僅僅是通過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USB連接器接收電源。 USB 1.x和2.0規(guī)范均提供其一個引腳上承載的5 V標稱電源。 USB連接提供的電流是有限的，但對于BeagleBoard等設備來說已經(jīng)足夠了。在USB上，單位負載定義為電流消耗為100 mA。單個設備可以使用多達五個單位的功率，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平臺上的所有外圍設備供電?？梢允褂肶型電纜為兩個USB端口供電或使用帶USB電纜的專用電源(如CUI EMSA 5W USB)來提高功率水平。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)等平臺的兩個USB端口相同的功率。

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

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，專為國際使用而設計。調(diào)節(jié)器附帶了許多插頭適配器，可以在歐洲，美國和亞洲使用。當電路板斷電時(低于0.3 W)，該設備可以消耗很少的電力，并且可以提供高達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。 PSAC30U是一款額定功率高達20 W的臺式電源，但具有低功耗靜態(tài)模式，當熊貓板或其等效電源關閉時，功耗降至0.3 W以下。

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

該模塊使用多達四個標準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)長期運行，請將這些平臺中的一個遠離墻壁插座供電，這不是問題。以太網(wǎng)為現(xiàn)成的Linux平臺提供了進一步的選擇。以后對以太網(wǎng)標準的修訂使得可以通過標準的5類網(wǎng)絡布線提供電力并與標準通信設備共存。

USB可以在最遠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度延長至100米。該標準的2003版本允許在44 V至57 V的電壓下提供高達15.4 W的直流電源。較高的電壓使得可以在較長距離內(nèi)輸出功率而不會造成重大損失。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.

標準的5類數(shù)據(jù)線內(nèi)部有4對雙絞線，但只有兩根用于傳輸舊的10Base-T和100Base-T以太網(wǎng)標準的數(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)標準不能用于更高速的網(wǎng)絡，例如1000Base-T，因為它們將數(shù)據(jù)信號分成所有四個雙絞線。

2009版本指定了一種類似于用于錄音室麥克風的幻象供電技術，通過也用于信令的線路提供直流電壓。通過信號線傳送相同的DC電壓。這與1000Base-T設備兼容，因為核心以太網(wǎng)標準規(guī)定在所有信號線上使用變壓器耦合。可以從每端變壓器上的中心抽頭訪問直流電源。

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

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

Phihong POE14系列適配器可以插在交換機和另一個以太網(wǎng)設備之間，通常是要供電的設備。它將電源分離為直流電源線，可通過直流插孔輸入連接器插入現(xiàn)成的Linux平臺。 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型號可提供高達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)換為使用標準以太網(wǎng)連接器注入網(wǎng)絡電纜的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(如BeagleBoard和Panda Board)供電的選項比乍看之下更廣泛。 USB可以為開發(fā)階段提供易于使用的電源，PoE用于遠程部署，即使對于電流消耗相對較高的電路板，或者在BeagleBone等功耗較低的平臺的情況下也可以使用電池電源。