Concetti di piattaforma di elaborazione nella visione integrata
Negli ultimi anni si è assistito alla nascita di una potente generazione di schede di elaborazione in grado di sostituire gran parte del lavoro precedentemente svolto dai sistemi basati su PC. Anche nel campo della visione artificiale, i componenti per le applicazioni industriali sono diventati sempre più piccoli. Le telecamere che un tempo erano grandi e costose oggi possono essere prodotte a prezzi accessibili e con design particolarmente compatti.
Ultimo aggiornamento: 05/03/2026
La combinazione di piccole schede di elaborazione e moduli di telecamere miniaturizzate è nota come 'Visione integrata'. La visione integrata offre vantaggi in diversi campi di applicazione, dai dispositivi diagnostici medici all'automazione industriale.
A differenza del mondo classico dei PC, il panorama dei processori nel campo della visione embedded è eterogeneo. Il seguente articolo esplora le varie architetture delle piattaforme di elaborazione e fornisce una panoramica dei concetti attuali.
Sistema su chip (SoC)
Il System on Chip (SoC) è il cuore di qualsiasi architettura embedded. È il luogo in cui avviene l'effettiva elaborazione delle immagini. In molti casi il termine 'SoC' viene usato come equivalente di 'processore.' In realtà, però, il SoC contiene molto di più. Oltre alla CPU (unità di elaborazione centrale) singola o multi-core, la GPU (unità di elaborazione grafica), il controller di interfaccia (ad esempio per USB, Ethernet, I²C), il sistema di bus interno, l'hardware multimediale (come la codifica e la decodifica video), la gestione dell'alimentazione interna e altro ancora sono tutti contenuti in un singolo chip. In breve: un SoC combina molti componenti fondamentali di un PC in un unico pacchetto ordinato.
Tra i rappresentanti di spicco dei SoC più utilizzati vi sono le serie NVIDIA® Jetson™, Qualcomm® Snapdragon™ e NXP® i.MX.
Sistema su modulo (SoM)
Un System on Module (SoM, o talvolta Computer on Module [CoM]) contiene un SoC, integrato da componenti importanti come la RAM, la gestione dell'alimentazione e altri sistemi di bus per controllare i componenti e rendere il SoC utile a livello pratico. In termini figurativi: mentre il SoC è una fabbrica senza collegamenti con il mondo esterno, il SoM aggiunge un magazzino, l'alimentazione e un buon collegamento di trasporto. Permette di comunicare con il direttore della fabbrica.
Un SoM dispone di uno o più connettori, spesso standardizzati, che possono essere utilizzati dal SoM (e quindi da tutti i componenti del SoM, compreso il SoC) per comunicare con il mondo esterno. A dire il vero, non è possibile collegare dispositivi esterni (come reti, alimentatori o telecamere) direttamente tramite questi connettori. Per questo è necessaria una scheda carrier.
Tuttavia, ogni volta che il SoM è coinvolto, il SoC è già incluso in questi componenti.
Sistema su modulo (SoM) + scheda portante
Come già descritto, il SoC contiene solo i controller di interfaccia. Ciò che manca è il connettore fisico (come la presa Ethernet). La scheda carrier svolge questo ruolo. Come descritto in precedenza, i SoM sono dotati di un connettore standardizzato sul lato inferiore, che consente di collegarli a una scheda carrier. Le schede carrier offrono quindi i connettori fisici necessari per il collegamento a dispositivi periferici come display, unità di controllo e telecamere. A differenza dei SoC o SoM, le schede carrier sono relativamente facili da sviluppare. L'approccio modulare alla tecnologia embedded prevede che gli sviluppatori acquistino SoM off-the-shelf e poi sviluppino la scheda carrier per conto proprio. Questa soluzione è più economica di una progettazione completamente personalizzata (vedi sotto), ma offre un'enorme flessibilità, in quanto lo sviluppatore può decidere quali connettori includere nella scheda carrier. Ciò consente di integrare interfacce USB, GigE e persino interfacce proprietarie della telecamera, come MIPI CSI-2, per collegare una o più telecamere.
Nota: in casi particolari, i SoM possono già possedere connettori fisici individuali. Si tratta tuttavia di una rara eccezione.
Computer a scheda singola (SBC)
Oltre al concetto di SoM modulare + scheda portante, esiste anche la possibilità di utilizzare un Single Board Computer, o SBC. In linea di principio, un computer a scheda singola è poco più di un SoM + scheda portante integrati su un unico circuito stampato (da cui Single Board Computer). Il modello più noto è il Raspberry Pi. Questo SBC ha una serie di connettori (4x USB2, 1x MIPI CSI-2, ...) pre-integrati sulla scheda, che consentono di collegare dispositivi periferici senza richiedere lo sviluppo di una scheda portante aggiuntiva. Il vantaggio: un SBC è molto facile da mettere in funzione. Lo svantaggio: se, ad esempio, si presenta la necessità di un quinto connettore USB 2.0, il concetto di SBC inflessibile utilizzato in un Raspberry Pi non sarà in grado di fornirlo. Sebbene un SBC rappresenti il livello più basso di tempi e costi di sviluppo, è anche il meno flessibile.
Se le aziende prevedono di vendere CPU specifiche per l'applicazione in grandi quantità, l'SBC non è una buona scelta, poiché quasi sempre presenta già connettori o componenti non necessari per l'applicazione. Questa intuizione ci porta all'ultimo concetto di architettura embedded, la progettazione completamente personalizzata.
Progettazione personalizzata completa
Per descrivere appieno la diversità delle architetture embedded, è necessario menzionare anche la classe dei Full Custom Design (FCD). Un FCD è un computer a scheda singola sviluppato da un'azienda per essere utilizzato in un'applicazione senza l'intenzione di cercare di vendere questi FCD singolarmente. È invece destinato all'uso in un sistema più ampio. Un FCD è quindi un SoM + scheda portante in una configurazione altamente specifica del cliente su una scheda.
Esempio: Un'azienda di ingegneria medica progetta lo sviluppo di un dispositivo portatile per l'acquisizione di immagini di nei sospetti sulla pelle e il loro monitoraggio. L'approccio SoM + scheda portante sarebbe un'opzione, ma non è praticabile perché l'inserimento del SoM sulla scheda portante richiederebbe troppo spazio. L'azienda prevede inoltre di vendere diverse migliaia di prodotti. In questo caso, l'azienda decide invece che è economicamente fattibile sviluppare un proprio SBC personalizzato (SoM + scheda portante su un unico circuito stampato). Si tratta di un prodotto altamente specifico per l'applicazione, ma anche estremamente ottimizzato dal punto di vista dei costi, in quanto contiene solo i componenti effettivamente necessari per l'applicazione.
L'azienda prevede inoltre di vendere diverse migliaia di prodotti. In questo caso, l'azienda decide invece che è economicamente conveniente sviluppare un proprio SBC personalizzato (SoM + scheda portante su un unico circuito stampato). Si tratta di una soluzione altamente specifica per l'applicazione, ma anche estremamente ottimizzata dal punto di vista dei costi, in quanto contiene solo i componenti effettivamente necessari per l'applicazione.
Sintesi
Le piattaforme di elaborazione svolgono un ruolo importante nella visione incorporata. Possono essere progettate in vari modi. A seconda del numero di unità, del know-how, del tipo di sistemi subordinati e delle esigenze di elaborazione delle immagini, è disponibile una gamma di concetti diversi. Quanto più la piattaforma di elaborazione scelta è lontana dai componenti di serie, tanto maggiore è lo sforzo di sviluppo e integrazione, ma minore è il prezzo unitario per quantità significative.
