網關中的瑞士軍刀-動態講解新一代5G智能網關3.0的探索與應用
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2021-01-26 13:16:00
網關
工業網關
5G智能網關
4G網關
從上圖可以看出不管是外接口的數量還是外殼材質來看，相較于飛凌嵌入式之前的5G網關還是有很大的差別。下面跟著小編一起了解下它的主要特點：
1、內置高性能、高算力CPU，邊緣計算能力強大；
2、工業級設計與防護，穩定性更強；
3、良好的散熱能力無需風扇，適用面更廣；
4、多路通訊、控制與采集接口，功能更豐富；
5、模組全部采用M.2與miniPCIE接口，適配性好，選配靈活；
6、豐富的第三方組件與協議，方便二次開發與易維護；
綜合上述特點不難看出FCU2303嵌入式控制單元是一款高度集成的5G智能通信網關。
很多人都說這款是網關中的瑞士軍刀，為了讓大家能夠有更直觀的認識和感受，接下來請跟著小編，一起來深入了解下這款5G智能網關3.0都有哪些過人之處。
一、雙處理器，兼容模式
FCU2303 5G智能網關采用NXP LS1046A與LS1043A處理器兼容設計，這樣設計的好處是什么？不同配置會有不同數量的接口以及不同的成本？
小編簡單介紹一下這兩款芯片的性能參數：
LS1046A 四核ARM Cortex-A72處理器，主頻支持1.8GHz 2GB DDR4 RAM，數據吞吐量最高可達2.1GT/s，高達45000 CoreMark分值的性能。
LS1043A四核ARM Cortex-A53處理器, 主頻16.GHz 2GB DDR4 RAM，提供超過10 Gbps的性能，CoreMark跑分在26000以上。
單看這些數據還是不太直觀，通過NXP的A72與A53對比X86數據來了解一下這兩款處理器的性能；
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
從以上數據可以看出，在無網絡負載的情況下，A72核的算力和志強移動端處理器1527算力一致，A53核算力與阿童木處理器算力一致，
當有網絡負載的情況下，A72與A53的算力均大于以上x86的兩款處理器，原因就在于LS1043A與LS1046A內置的DPAA硬件網絡加速引擎，
當有網絡負載的時候不需要占用CPU的資源，在加速網絡吞吐的同時，降低CPU占用率。
二、網關中的瑞士軍刀
從FCU2303的接口外觀可以看到，網關具備多路通訊網口、控制、采集端口，右邊部分是標配8路獨立MAC地址的千兆以太網接口，左邊是連接工業設備的通訊接口。
1、8路千兆網絡
8路千兆網絡可以根據需要做數量的增減，可配置為8路、6路、4路、2路、0路。
2、擴展模塊設計
支持8組端子形式的 RS485、RS232接口（4路復用，4路RS485）， 2組DI數字量輸入，2組繼電器輸出，方便數據采集，設備狀態監測，前端設備控制；
5G 智能網關采用主板+擴展板的方式，將主板的I2C UART USB GPIO 引出到擴展板，方便用戶對不同的功能引腳需求進行增減，例如客戶如需要多串口，
或者多GPIO、AD等功能可以隨時擴展，快速開發產品，縮短產品上市周期。
3、高速數據讀寫
眾所周知視頻、圖像、工業數據等信息非常占用存儲空間，尤其是視頻數據等這些大數據量需要高速帶寬才能滿足實時存儲。
但是通常嵌入式存儲設備的容量都不很大，FCU2303支持PCIE3.0，支持M.2的NVMENVME固態硬盤，由于NVME走的是PCIE通道，速度比SATA通道更快。
4、無線通信、靈活選配
5G智能網關肯定少不了無線模組的支持，FCU2303支持5G、4G、WIFI無線通訊模組，支持華為MH5000、移遠RM500Q全網通5G模組，
并支持華為ME909S、移遠EC20全網通4G模組，5G與4G通過撥碼一鍵切換便可使用。5G作為今年的七大基建之一目前正在陸續的應用，
相較5G，4G的應用目前最為廣泛，同時支持雙頻WIFI，支持STA、AP兩種模式。
三、強悍被動散熱能力
工業場景應用灰塵多，環境惡劣，原來X86架構產品通常需要風扇散熱，但是這樣會導致灰塵進入影響性能與穩定性，但是既要保證CPU的高運算能力，還要保證散熱的處理這是一項比較復雜的工程。
FCU2303采用無風扇設計，實際測試數據如下：
常溫CPU滿負載運行，外殼44℃，CPU結溫為52℃，CPU內部到外殼熱阻值差8℃；環境溫度為85℃，CPU滿負載運行，CPU結溫為98度，散熱效果良好。
四、工業級設計
工業產品應用，器件需要按照工業級標準選型，經過-40℃~+85℃高低溫嚴格測試；鋁合金型材外殼，堅固耐用。在產品細節上更是精益求精，
前后擋板螺絲導電處理、橡膠套對天線缺口進行密封、天線與外殼絕緣處理同時做了防滑扣設計，這些都將增加產品的穩定性。
除了工業溫度的要求，EMC電磁兼容也是工業產品最為重要的內容，智能網關外圍接口全部增加靜電四級防護，通訊端口增加隔離保護芯片。
RS485、RS232接口3KV隔離保護，EFT3級防護；網口、USB、RS485、RS232，靜電四級防護。
五、系統支持
之前很多用戶應該都遇到過交叉編譯的問題，FCU2303支持Ubuntu18.04操作系統，可通過apt-get命令直接獲取新版本的安裝軟件包，不需要交叉編譯；
支持Samba、Lighttpd、虛擬化技術（Docker、LXC、QEMU）、IPsec、OpenSSL、Python3以上版本
六、網絡協議支持
網關的開發離不開眾多網絡協議的支持，FCU2303支持TCPIP UDP DHCP這種socket網絡編程應用的協議，也支持FTP、SSH、Telnet這樣遠程訪問服務的協議；
七、安全加密
嵌入式系統軟件的安全越來越受到重視，FU2303 5G智能網關3.0 內置加密芯片設計，可有效防止應用程序被竊取，加強了知識產權的保護；
八、智能網關應用探索
1、5G工業路由應用
工業現場應用很多時候需要路由功能，以太網做LAN口組成內部局域網，把5G作為WAN口，通5G上網或者通過wifi的AP實現組網功能。
智慧化的路燈作為一個高度集成的項目，是智慧城市發展的落地載體，有外延、可擴展、能適配智慧城市的建設要求。在商業街開展智慧燈桿建設，
開展5G應用技術試點，在燈桿上可以架設微基站，有利于商業街的景觀提升、業態提升、商旅文融合、智慧街區建設、環境設施及管理服務提升。
在景區、園區、步行街，智慧燈桿的主要功能不僅僅局限于照明了包括，照明、視頻監控、環境監測、信息發布、公共廣播、求助報警、IP廣播、網絡覆蓋、充電樁等功能；
3、5G車載TAU應用
車載TAU主要作用是將CBTC（基于通信的列車自動控制系統）、CCTV（視頻監控系統）、PIS（乘客信息系統）進行采集存儲，利用5G或者wifi在有限時間內將數據傳輸到地面；1、極快的運算處理能力，LS1046A的架構是ARM Cortex-A72架構，主頻最高1.8GHz，可以滿足大量的數據處理和運算的功能。
2、強大的網絡處理能力，原生支持8路Ethernet，最大可支持2個XFI（10GbE）接口，同時支持多種網絡協議。
3、支持USB3.0，支持5G，可以滿足列車在停站的短時間內，完成數據的發送和接收，符合高帶寬、實時傳輸的要求。
4、支持wifi5.0和wifi6.0，和地面通信模塊通信時，保證實時傳輸條件下的數據的穩定性和準確性。
5、支持m.2的硬盤，在滿足TAU存儲大量數據的同時，極大的減小了產品的體積，方便安裝和攜帶。
4、5G智慧救護車應用
其實5G在醫療健康領域包括遠程會診、遠程超聲、遠程手術、應急救援、遠程示教、遠程監護、智慧導診、移動醫護、智慧院區管理、AI 輔助診斷等眾多場景的廣泛應用。
疫情期間也看到有專家通過5G網絡做遠程會診；今天的介紹的場景是醫療急救，急救醫學在我國的發展還處于初級階段且農村與城市地區發展極不平衡 。諸多地方待改善，
急救醫務人員結構不合理、設備配置不足等情況仍較嚴重， 在現場沒有專科醫生或全科醫生的情況下，通過無線網絡能夠將患者生命體征和危急報警信息傳輸至遠端專家側，
并獲得專家遠程指導，對挽救患者生命至關重要，并且遠程監護也能夠使醫院在第一時間掌握患者病情，提前制定急救方案并進行資源準備，實現院前急救與院內救治的無縫對接。
通過 5G網絡實時傳輸醫療設備監測信息、車輛實時定位信息、車內外視頻畫面，便于實施遠程會診和遠程指導，對院前急救信息進行采集、處理、存儲、傳輸、共享可充分提升管理
救治效率，提高服務質量 現代救護車，裝備了先進的診療裝備，包括多參數心電監護儀、全自動呼吸機、除顫儀等。現代診療設備通過FCU2303工業級無線路由器網口及I/O串口，
車內診療儀器實現高速上網及生理數據無線傳輸，從到達患者身邊的那一刻起，患者的診療數據、監護影像實時傳輸到醫院，為患者搶救提供了很好的保障。
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高性價比5G工業網關 |FCU2201嵌入式控制單元搭載NXP LS1012A-C網絡處理器開發設計，是一款工業級的高性價比5G網關產品，采用無風扇散熱設計；CPU主頻1GHz，RAM 512MB，滿足一般邊緣計算和數據轉發的能力；并支持Ubuntu18.04和OpenWRT系統，方便用戶二次開發設計；5G模組采用M.2封裝可插拔方式，可更換為4G模組做成本優化；以及支持5個RS485接口，其中4個可拆卸做成本優化；產品適用于智慧工廠、智慧農業、智慧城市、智慧醫療等領域，關于傳感器數據采集、網絡攝像頭圖像采集、數據的處理、存儲、5G上傳等應用。
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