独特的核心板标准化技术：使用 FPSC 焊接模块实现可扩展性和工程投入安全性

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Future Proof Solder Core: 新一代计算机模块标准化技术
核心板的标准化技术应在以下两个方面获得平衡：一方面是提供较好的可扩展性和可兼容替换性，另一方面则是可以完美适配各类嵌入式应用，并最大化地利用嵌入式处理器特性。本文探讨了 FPSC 如何以不同的方式定义核心板的新标准，从而使该标准可以完美地兼顾以上两个方面。
为了达到兼顾两者的目的，核心板（SoM）必须以正确的方式提供所有必需的功能和接口。同时，过多的计算能力或组件都是不必要的，因为这会增加生产成本、能耗、热量产生和体积。这一点对于智能设备、移动机器人、电池供电类设备等现场应用尤为重要。尤其在工业应用中，这些设备及其组件需要满足多年内可靠的供应。

在创新周期日益缩短的趋势下保障工程投入的安全性和升级灵活性。

在过去，工程投入安全性和升级灵活性意味着所有组件都应该提供尽可能的长期可用性—PHYTEC 目前仍在生产供应 20 年以前开发出来的电子产品。同时，许多工业和专业应用中的创新周期因消费市场的发展而显著缩短。如今，长期可用性还意味着能够快速、轻松地将新的功能集成到下一代产品中，从而延长产品生命周期。这些理念—高工程投入安全性、长期可用性和迭代的灵活性—促成了 FPSC（Future Proof Solder Core）这个全新的标准封装的问世，PHYTEC 在最新的 phyCORE-i.MX 95 和 phyCORE-i.MX 8M Plus 核心板中首次采用了这种标准化技术。

核心板迭代灵活性的挑战​

采用插拔式或焊接式核心板的模块化设计在嵌入式设备开发中已得到广泛应用。这些核心板集成了 ARM 处理器、内存和其他对电磁兼容性（EMC）至关重要的组件。这减少了底板的复杂性，从而降低了开发和生产的工作量和成本。此外，使用核心板开发，企业可以受益于模块供应商对硬件和软件的维护。
核心板的标准化技术还旨在使模块具有灵活互换性，以便实现产品迭代升级或发布具有不同功能组合的产品系列。在 X86 领域，这样的标准化技术在工业 PC 和具有明确且有限功能/接口的应用中非常成功。市面上的嵌入式标准化模块试图将这一理念应用到 ARM 处理器上。但是，与 X86 架构不同，ARM 处理器特别之处在他们的特殊功能和特性，正是这些特殊的功能和特性，使得搭载对应处理器的嵌入式系统可以完美地匹配目标应用，也因此，这些特殊的功能和特性需要被重点使用以发挥嵌入式系统的最大价值。

可惜的是，常见的核心板标准化技术，在实现标准化和灵活替换性时，有时正是通过牺牲这些特殊的功能和特性，来实现更好的兼容性。这与我们对“嵌入式”的定义相悖。此外，在实际应用中，可惜的是，常见的核心板标准化技术，在实现标准化和灵活替换性时，有时正是通过牺牲这些特殊的功能和特性，来实现更好的兼容性。

为最大化利用嵌入式处理器功能特性而定义的“功能集”

正是在这样的背景下，PHYTEC 推出了全新的核心板封装标准 FPSC：它旨在实现无妥协的可扩展性，并能够充分利用处理器的所有功能特性—甚至包括那些仅在新一代处理器才会被集成的功能特性，以及是在当下未知或被定义的特性。

FPSC 技术将 PHYTEC 在引脚兼容核心板方面的努力又推进了一步。FPSC 为具有相似功能特性的 Linux 处理器定义了 “功能集”，每个 “功能集” 可以支持多个功能相似的处理器，这些处理器可以来自不同的厂商。与这些 “功能集” 高度重叠的新的处理器，也将被归类到这个 “功能集” 标准中进行支持。新处理器如果与现有功能集有高度重叠，将被归类为此标准。而对于功能有很大不同的处理器，未来将进一步定义新的功能集。

三个信号区：同时实现模块的兼容互换性和充分使用处理器的特殊功能特性

FPSC 核心板的封装，通过特殊的引脚布局来实现这些功能集，它将信号引脚分成三个区域：

图2：FPSC焊接模块的封装，具有可变尺寸

必要信号区（Must-have Signals）

此区域提供的信号构成了对应功能集的核心部分。所有根据特定功能集标准进行设计的核心板，无论是当下正在设计的还是未来推出的，都将支持这些功能特性，这些功能特性足够支持大部分产品的开发使用。在首次定义的功能集 FPSC 24A.0 中，该区域涵盖了 52% 的处理器特性。

“有则支持”信号区（Preffered Signals）

“有则支持”信号区位于必要信号区的外围，这里引出了功能集中大多数处理器支持的信号，并且在未来同一功能集标准下的核心板中也将考虑支持。

特有信号区（Proprietary Signals）

那些嵌入式处理器差异化的，使其在某些应用中具备特殊优势的功能特性，将被集成在最外围的 “特有信号区”。这个区域不受标准化约束。同时，依赖引脚信号实现的功能特性，即使是未上市处理器才会支持的特性，可以通过这些区域信号进行支持–您只需要将这些引脚在底板引出并对接到对应的特殊功能接口即可。

图2：模块的功能划分为三个区域

完全兼容互换，还是使用处理器的最新特性？您两者都可以拥有！

这三个区域的划分意味着开发人员获得了一种量身定制的标准化：如果他们仅使用必要信号区进行应用开发，他们可以确保在长远的未来一直拥有引脚兼容方案–这个比当前长生命周期处理器和其他组件提供的生命周期还要长远。此时，通过类似于使用处理性能更高的兼容模组的方式，产品的生命周期可以被快速、低成本地延展。在这些情况下，通常只需要调整物料清单即可，底板不需要进行过多调整。如果仅使用必要信号区还将具备另外的优势：仅具备必要信号区的核心板设计非常紧凑，仅 27 mm x 30 mm，因此非常易于集成在对尺寸有要求的应用中。

如果客户应用也使用到了”有则支持“信号区，这些信号在未来模组升级或者替换时依旧是兼容的。而通过特有信号区的使用，核心板将对处理器的所有信号进行支持，此时开发人员能够充分利用处理器的特殊功能——同时还能保持紧凑的模块尺寸，仅 41 mm x 44 mm。如果在底板的设计中至少预留这个信号区的位置，那么未来新推出的处理器功能和特性可以通过极低的工程投入来改版集成–这也适用于当前无法预见的处理器特性。

Future Proof Solder Core: 灵活扩展，易于升级和最大化产品生命周期的焊接式核心板标准

这些特点使得 FPSC 封装标准成为可扩展平台和产品线的最佳选择。生命周期内的轻松升级，或新增功能，以及在相同设计的产品实现不同计算性能和功能配置都将变得可能。通过新的焊接连接的标准模块，开发人员可以获得较长的产品生命周期，以及在维护和进一步开发底板时的成本投入也将减少——即使是需要集成全新的创新功能时。因此，FPSC 标准化技术代表了 100% 的灵活扩展和兼容替换性，以及不损害处理器特性的长远适用性。

在您的项目中使用 FPSC 封装的模块

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作者介绍

Yves Astein

Yves Astein 是 PHYTEC Messtechnik GmbH 的产品经理，并且是我们的嵌入式技术专家，他在行业内主要关注嵌入式市场的新趋势，以及网络设备的安全性、维护和管理方法。