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Leiterbahnenlayout in Kicad
Leiterbahnenlayout in Kicad (Bild: Tinkerforge)

Tinkerforge: Wie ein Prozessorboard entsteht

Leiterbahnenlayout in Kicad
Leiterbahnenlayout in Kicad (Bild: Tinkerforge)

Tinkerforge hat im Februar einen Kleinrechner angekündigt. Wir haben die Macher gefragt, wie und mit welchen Programmen ein Prozessorboard für Entwickler entsteht und welche Probleme auftreten können.
Von Alexander Merz

Im Februar hat Tinkerforge den RED-Brick angekündigt: einen Kleinrechner im Brick-Format von 4 x 4 cm mit einem Allwinner ARM-Cortex A8, 512 MB RAM und den Tinkerforge-typischen Anschlüssen. Damit könnte ein Tinkerforge-Projekt ohne einen zusätzlichen, externen Rechner betrieben werden. Wie wurde der Prozessor ausgewählt, welche Programme wurden zum Layouten verwendet und wie erfolgte die Produktion? Golem.de hat die Macher von Tinkerforge, Bastian Nordmeyer und Olaf Lüke, gefragt und mehr über die Voraussetzungen und Probleme bei der Entwicklung eines Rechners auf einer Platine erfahren - von der Idee bis zum fertigen Produkt.

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Womit die Planung begann

Nachdem bei den Machern die Entscheidung gefallen war, einen Tinkerforge-Rechner zu konzipieren, galt es zunächst, die Eckdaten festzulegen, wie Nordmeyer erzählt: Auf dem Rechner sollte eine normale Linux-Distribution laufen, der Preis überschaubar bleiben und natürlich sollte er fähig sein, die Bricks von Tinkerforge anzusprechen.

Der kritischste Faktor war aber der Formfaktor: Der Rechner sollte idealerweise genauso groß sein wie die übrigen Bricks, das zeigte sich auch in einer Diskussion im Tinkerforge-Forum. Da auf der Platine auch noch das RAM und diverse Anschlüsse wie HDMI und USB untergebracht werden mussten, grenzte das die Anzahl der potenziellen Prozessormodelle schon allein der Größe wegen stark ein.

  • Platinenentwurf des Red-Brick, Oberseite (Bild: Tinkerforge)
  • Schema der Anbindung des RAMs an den Prozessor (Bild: Tinkerforge)
  • Tatsächlicher, mäandernder Verlauf der Leiterbahnen (in Weiß) auf der Platine (Bild: Tinkerforge)
  • Rahmen mit den ersten unbestückten Prototyp-Platinen (Bild: Tinkerforge)
  • Prototyp-Platine mit einigen darauf gelegten, aber noch nicht verlöteten Bauelementen wie dem Prozessor und dem RAM (Bild: Tinkerforge)
Platinenentwurf des Red-Brick, Oberseite (Bild: Tinkerforge)

Gerade für geringe Größen gibt es mittlerweile einige interessante technische Ansätze, zum Beispiel die Package-on-Package-Technik wie sie beim Raspberry Pi zu finden ist. Dabei wird das RAM direkt auf den Prozessor gelötet. Das verringert nicht nur den Platzbedarf, sondern reduziert auch den Aufwand im Schaltungsentwurf. "Leider werden solche Prozessoren nur in Stückzahlen verkauft, die weit über unserer geplanten Produktionsmenge liegen", sagte Nordmeyer, einer der Gründer von Tinkerforge und verantwortlich für die Hardware-Entwicklung.

Des Weiteren gelte es, bei der Auswahl des Prozessors darauf zu achten, dass auch bei der Abnahme eher kleinerer Mengen durch den Hersteller oder einen Distributor Support geleistet werde. Genauso gelte es, mögliche Lieferfristen und die Lieferbarkeit überhaupt im Auge zu behalten.

Letztlich reduzierte sich die Auswahl der Prozessoren auf Basis der Größe und der zur Verfügung stehenden technischen Eigenschaften auf zwei Modelle: den Allwinner A10s und die Sitara-Serie von Texas Instrument, wie sie auch beim Beaglebone Black zum Einsatz kommt. Letzterer hätte aber einen zusätzlichen LVDS-zu-HDMI-Wandler erfordert.

Die Schaltung und das Platinenlayout 

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Volvoracing 09. Mai 2014

Spricht ja nichts dagegen differentiell zu "mäandern". Primär geht/ging es mir darum, die...

barforbarfoo 06. Mai 2014

Ist Minecraft turing vollständig?

am (golem.de) 06. Mai 2014

Damit direkt ein Monitor angeschlossen werden kann. Zielgruppe sind Leute, die sich aufs...

gente 06. Mai 2014

Mich hätte interessiert welcher EMS den Zuschlag für die Produktion erhalten hat - wei...

MarioWario 06. Mai 2014

Schön beschrieben - erinnert mich an die Probleme mit RAM-Modulen (Spannung und Clock...



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