嵌入式視覺中的處理平台概念

過去數年來，我們看到一個強大處理板世代的崛起，其能力足以取代過去許多由電腦系統來執行的工作。在機器視覺領域中，工業應用元件同樣愈來愈小。過去又大台又昂貴的相機，現在可以又便宜，設計又特別小巧。

小型處理板與袖珍型相機模組的結合稱為「嵌入式視覺」。嵌入式視覺在許多不同應用領域中都能帶來好處，從醫療診斷器材到工業自動化。

和傳統電腦世界不同，在嵌入式視覺領域中採用的處理器是各不相同的。下列文章將探討不同的處理平台架構，簡單介紹現在的觀念。

系統單晶片 (SoC)

單晶片系統 (SoC) 是所有嵌入式架構的核心，所有實際的影像處理都在此進行。在許多案例中，「SoC」這個詞與「處理器」同義，不過 SoC ‍實際上包含更多東西在內。在單核或多核 CPU（中央處理器）之外，GPU（圖形處理器）、介面控制器‍（例如 USB、乙太網路、I²C 等）、內部匯流排系統、多媒體硬體‍（如影片編碼及解碼）、內部電源管理等多種功能全部集於單一晶片上。簡言之，SoC 將電腦的許多核心元件融合在一個小小的封裝內。

當代 SoC 的主要代表包括 NVIDIA 的 Tegra K1、Qualcomm 的 Snapdragon 820，以及 NXP 的 I.MX 系列。

智慧型手機與平板的超快速成長，帶動了 SoC 的發展。大型製造商如 Apple 和三星，有能力自製 SoC。這類專屬 SoC 的開發，必須投入好幾百萬美元，甚至幾十億美元，許多公司只能望之興歎。

SoC 本質上就是嵌入式的計算單元。包括 CPU、GPU、匯流排系統和介面控制器。

系統模組 (SoM)

中小型科技公司困在其中。一方面，SoC 技術可在微型封裝中提供強大的處理器，對於製造出下一代更小更快的產品來說，極具吸引力。但另一方面，創造專屬 SoC 需要投入極高研發成本，企業難以自行研發。這些公司的需求，可以透過採用大型製造商推出的既有 SoC 來充分滿足。

有一系列公司 (Toradex、Inforce、SECO 等) 開發出所謂的系統模組 (SoM，有時也稱為電腦模組 CoM)，來扭轉頹勢。SoM 包含一個 SoC，再加上一些重要元件如 RAM、電源管理與其他控制元件用的匯流排系統，讓 SoC 達到實用層次。可以這麼比喻：SoC 有如沒有對外接觸的工廠，而SoM 加上倉庫、電源供應與良好的運輸連結。它能和工廠負責人溝通。

SoM 有一個或多個（通常為標準化）插頭連接器，讓 SoM（以及 SoM 上的所有元件，包括 SoC）對外通訊。持平而論，不可能透過這樣的插頭連接器直接連接外部裝置（例如網路、電源或相機），因此需要載板。

雖然如此，只要講到 SoM 的組件，SoC 就包括在內。

系統模組 (SoM) + 載板

上面提過，SoC 內部只有介面控制器。還缺少實體連接器 (例如乙太網路插頭)。載板就是扮演這種角色。如上所述，SoM 的底部具有標準插頭連接器，因此可以連上一張載板。載板提供連接顯示器、控制單元與相機等周邊設備所需的實體連接器。和 SoC、SoM 不同的是，載板相對更容易開發。嵌入式技術的模組化取向，讓開發人員傾向外購現成的 SoM，自行開發載板。這樣比完全客製化的設計便宜 (見下方) ，但帶來無比的彈性，因為開發者可以決定要在載板上搭載哪些插頭。USB、GigE 或專屬相機連接器皆可，也可以使用 28 針 LVDS 連接器來連接一台或多台 dart BCON 相機。

‌請注意：SoM 在某些情形下可能已內建個別實體連接器。例如，適用於嵌入式視覺的 Basler PowerPacks 中的 Xilinx Zynq SoM 就預先搭載一組 USB 2.0 與 GigE 連接器。不過這是少數例外。

單板電腦 (SBC)

除了模組化的 SoM + 載板的概念外，還有一個選項，就是使用單板電腦 (SBC)。單板電腦原則上就是一個 SoM ＋載板，整合在單一電路板上 (因此稱為單板電腦)。其中最有名的就是樹莓派 (Raspberry Pi)。SBC 在板上已內建一系列連接器 ( 4 組 USB2、1個 MIPI、CSI-2 等)，周邊設備可以直接插上使用，無需另行開發載板。優點：SBC 很容易投入作業。缺點：例如要是需要有第 5 個 USB 2.0 連接器，像樹莓派這樣沒有彈性的 SBC 概念是無法提供的。因此雖然 SBC 象徵最低的開發時程與成本，但使用靈活度也是最差的。如果有公司想大量販售對應特定應用的 CPU，SBC 就不是好的選擇，因為會具有應用所不需要的各種連接器或元件。這個認識讓我們來到最後一種嵌入式架構的概念，也就是完全客製化設計。

完全客製化設計

為完整介紹各種不同的嵌入式架構，就一定要提到完整客製化設計 (Full Custom Design, FCD)。FCD 是由某公司專為某種應用而開發的單板電腦，且不打算單獨出售該批 FCD。反之，將之用於更大型的系統內。所以 FCD 就是一種高度客製化配置的電路板，上有 SoM 加載板。

‍範例：有家醫療工程公司計畫開發一種手持裝置，在皮膚上出現可疑的痣時用於擷取影像並追蹤。SoM + 載板的方法可以是個選項，但不切實際，原因是將 SoM 置於載板上會占用太多空間。該公司還計畫銷售數千種產品。在這種情況下，該公司改採經濟上可行的方法，決定自行開發客製化 SBC（單一電路板上 SoM + 載板）。這方法專門針對特定的應用，但由於只包含應用實際需要的元件，因此也能達到最佳化成本。

該公司還計畫銷售數千種產品。在這種情況下，該公司改採經濟上可行的方法，決定自行開發客製化 SBC（單一電路板上 SoM + 載板）。這方法專門針對特定的應用，但由於只包含應用實際需要的元件，因此也能達到最佳化成本。