网关中的瑞士军刀-动态讲解新一代5G智能网关3.0的探索与应用

5G网关

智能网关全景展示


从上图可以看出不管是外接口的数量还是外壳材质来看,相较于飞凌嵌入式之前的5G网关还是有很大的差别。下面跟着小编一起了解下它的主要特点:


1、内置高性能、高算力CPU,边缘计算能力强大;

2、工业级设计与防护,稳定性更强;

3、良好的散热能力无需风扇,适用面更广;

4、多路通讯、控制与采集接口,功能更丰富;

5、模组全部采用M.2与miniPCIE接口,适配性好,选配灵活;

6、丰富的第三方组件与协议,方便二次开发与易维护;

综合上述特点不难看出FCU2303嵌入式控制单元是一款高度集成的5G智能通信网关

智能网关特点展示

很多人都说这款是网关中的瑞士军刀,为了让大家能够有更直观的认识和感受,接下来请跟着小编,一起来深入了解下这款5G智能网关3.0都有哪些过人之处。

一、双处理器,兼容模式

FCU2303 5G智能网关采用NXP LS1046ALS1043A处理器兼容设计,这样设计的好处是什么?不同配置会有不同数量的接口以及不同的成本?


小编简单介绍一下这两款芯片的性能参数:

LS1046A 四核ARM Cortex-A72处理器,主频支持1.8GHz 2GB DDR4 RAM,数据吞吐量最高可达2.1GT/s,高达45000 CoreMark分值的性能。

LS1043A四核ARM Cortex-A53处理器, 主频16.GHz 2GB DDR4 RAM,提供超过10 Gbps的性能,CoreMark跑分在26000以上。


单看这些数据还是不太直观,通过NXP的A72与A53对比X86数据来了解一下这两款处理器的性能;

For non-networking loads

A72 cores = Xeon-D thread

A53 cores = Atom cores

For networking loads

A72 cores > Xeon-D thread

A53 cores > Atom cores

从以上数据可以看出,在无网络负载的情况下,A72核的算力和志强移动端处理器1527算力一致,A53核算力与阿童木处理器算力一致,

当有网络负载的情况下,A72与A53的算力均大于以上x86的两款处理器,原因就在于LS1043A与LS1046A内置的DPAA硬件网络加速引擎

当有网络负载的时候不需要占用CPU的资源,在加速网络吞吐的同时,降低CPU占用率。


二、网关中的瑞士军刀

从FCU2303的接口外观可以看到,网关具备多路通讯网口、控制、采集端口,右边部分是标配8路独立MAC地址的千兆以太网接口,左边是连接工业设备的通讯接口。


1、8路千兆网

8路千兆网络可以根据需要做数量的增减,可配置为8路、6路、4路、2路、0路。

2、扩展模块设计

支持8组端子形式的 RS485、RS232接口(4路复用,4路RS485), 2组DI数字量输入,2组继电器输出,方便数据采集,设备状态监测,前端设备控制;

5G 智能网关采用主板+扩展板的方式,将主板的I2C UART USB GPIO 引出到扩展板,方便用户对不同的功能引脚需求进行增减,例如客户如需要多串口,

或者多GPIO、AD等功能可以随时扩展,快速开发产品,缩短产品上市周期。

3、高速数据读写

众所周知视频、图像、工业数据等信息非常占用存储空间,尤其是视频数据等这些大数据量需要高速带宽才能满足实时存储。

但是通常嵌入式存储设备的容量都不很大,FCU2303支持PCIE3.0,支持M.2的NVMENVME固态硬盘,由于NVME走的是PCIE通道,速度比SATA通道更快。


4、无线通信、灵活选配

5G智能网关肯定少不了无线模组的支持,FCU2303支持5G、4G、WIFI无线通讯模组,支持华为MH5000、移远RM500Q全网通5G模组

并支持华为ME909S、移远EC20全网通4G模组,5G与4G通过拨码一键切换便可使用。5G作为今年的七大基建之一目前正在陆续的应用,

相较5G,4G的应用目前最为广泛,同时支持双频WIFI,支持STA、AP两种模式。


三、强悍被动散热能力

工业场景应用灰尘多,环境恶劣,原来X86架构产品通常需要风扇散热,但是这样会导致灰尘进入影响性能与稳定性,但是既要保证CPU的高运算能力,还要保证散热的处理这是一项比较复杂的工程。

网关被动散热

FCU2303采用无风扇设计,实际测试数据如下:

常温CPU满负载运行,外壳44℃,CPU结温为52,CPU内部到外壳热阻值差8;环境温度为85℃,CPU满负载运行,CPU结温为98度,散热效果良好。


网关实测数据


四、工业级设计

工业产品应用,器件需要按照工业级标准选型,经过-40~+85高低温严格测试;铝合金型材外壳,坚固耐用。在产品细节上更是精益求精,

前后挡板螺丝导电处理、橡胶套对天线缺口进行密封、天线与外壳绝缘处理同时做了防滑扣设计,这些都将增加产品的稳定性。

除了工业温度的要求,EMC电磁兼容也是工业产品最为重要的内容,智能网关外围接口全部增加静电四级防护,通讯端口增加隔离保护芯片。

RS485、RS232接口3KV隔离保护EFT3级防护网口、USB、RS485、RS232,静电四级防护。

五、系统支持

之前很多用户应该都遇到过交叉编译的问题,FCU2303支持Ubuntu18.04操作系统,可通过apt-get命令直接获取新版本的安装软件包,不需要交叉编译;

支持Samba、Lighttpd、虚拟化技术(Docker、LXC、QEMU)、IPsec、OpenSSL、Python3以上版本

智能网关系统支持


六、网络协议支持

网关的开发离不开众多网络协议的支持,FCU2303支持TCPIP UDP DHCP这种socket网络编程应用的协议,也支持FTP、SSH、Telnet这样远程访问服务的协议;

智能网关网络协议支持


七、安全加密

嵌入式系统软件的安全越来越受到重视,FU2303 5G智能网关3.0 内置加密芯片设计,可有效防止应用程序被窃取,加强了知识产权的保护;


智能网关加密


八、智能网关应用探索

1、5G工业路由应用

工业现场应用很多时候需要路由功能,以太网做LAN口组成内部局域网,把5G作为WAN口,通5G上网或者通过wifi的AP实现组网功能。

2、5G智慧灯杆应用

智慧化的路灯作为一个高度集成的项目,是智慧城市发展的落地载体,有外延、可扩展、能适配智慧城市的建设要求。在商业街开展智慧灯杆建设,

开展5G应用技术试点,在灯杆上可以架设微基站,有利于商业街的景观提升、业态提升、商旅文融合、智慧街区建设、环境设施及管理服务提升。

在景区、园区、步行街,智慧灯杆的主要功能不仅仅局限于照明了包括,照明、视频监控、环境监测、信息发布、公共广播、求助报警、IP广播、网络覆盖、充电桩等功能;

5G工业路由

3、5G车载TAU应用

车载TAU主要作用是将CBTC(基于通信的列车自动控制系统)、CCTV(视频监控系统)、PIS(乘客信息系统)进行采集存储,利用5G或者wifi在有限时间内将数据传输到地面;
1、极快的运算处理能力,LS1046A的架构是ARM Cortex-A72架构,主频最高1.8GHz,可以满足大量的数据处理和运算的功能。
2、强大的网络处理能力,原生支持8路Ethernet,最大可支持2个XFI(10GbE)接口,同时支持多种网络协议。
3、支持USB3.0,支持5G,可以满足列车在停站的短时间内,完成数据的发送和接收,符合高带宽、实时传输的要求。
4、支持wifi5.0和wifi6.0,和地面通信模块通信时,保证实时传输条件下的数据的稳定性和准确性。
5、支持m.2的硬盘,在满足TAU存储大量数据的同时,极大的减小了产品的体积,方便安装和携带。



4、5G智慧救护车应用

其实5G在医疗健康领域包括远程会诊、远程超声、远程手术、应急救援、远程示教、远程监护、智慧导诊、移动医护、智慧院区管理、AI 辅助诊断等众多场景的广泛应用。

疫情期间也看到有专家通过5G网络做远程会诊;今天的介绍的场景是医疗急救,急救医学在我国的发展还处于初级阶段且农村与城市地区发展极不平衡 。诸多地方待改善, 

急救医务人员结构不合理、设备配置不足等情况仍较严重, 在现场没有专科医生或全科医生的情况下,通过无线网络能够将患者生命体征和危急报警信息传输至远端专家侧,

并获得专家远程指导,对挽救患者生命至关重要,并且远程监护也能够使医院在第一时间掌握患者病情,提前制定急救方案并进行资源准备,实现院前急救与院内救治的无缝对接。

通过 5G网络实时传输医疗设备监测信息、车辆实时定位信息、车内外视频画面,便于实施远程会诊和远程指导,对院前急救信息进行采集、处理、存储、传输、共享可充分提升管理

救治效率,提高服务质量 现代救护车,装备了先进的诊疗装备,包括多参数心电监护仪、全自动呼吸机、除颤仪等。现代诊疗设备通过FCU2303工业级无线路由器网口及I/O串口,

车内诊疗仪器实现高速上网及生理数据无线传输,从到达患者身边的那一刻起,患者的诊疗数据、监护影像实时传输到医院,为患者抢救提供了很好的保障。

5G救护车