【開(kāi)箱測評】搭載NVIDIA Jetson系列的工業(yè)級邊緣AI網(wǎng)關(guān)：研華EPC-R7200

用過(guò)NVIDIA Jetson的開(kāi)發(fā)者都知道，Jetson本身是一片系統模塊（System on Module, SOM），但會(huì )搭配連接一片載板（Carrier Board），使其成為完整的電路系統，而后能用于學(xué)習、開(kāi)發(fā)驗證，一旦開(kāi)發(fā)驗證完，依據不同應用的需要，Jetson模塊可彈性搭配不同的載板，例如換成可連接多個(gè)攝像頭的載板，以便于視頻監控、或換成有CAN Bus界面的載板，以便用于車(chē)載系統。

選定載板后，接下來(lái)就是鑲嵌到實(shí)際應用環(huán)境或應用系統中，環(huán)境可能是開(kāi)闊的農場(chǎng)或橋梁下方，系統可能是無(wú)人機或無(wú)人搬運車(chē)，這時(shí)電路系統必須選擇一個(gè)機構外設，或鑲嵌到飛行器、搬運車(chē)原有的機箱外殼內，或為此變更機箱外設設計等。

滿(mǎn)足邊緣AI應用的開(kāi)發(fā)彈性

針對上述需求，研華科技（Advantech）推出一款EPC-R7200網(wǎng)關(guān)系統，也是本次要開(kāi)箱介紹的主題。這款EPC-R7200已具有一片Jetson的載板及外殼機箱，且為工控等級的機箱，只要將Jetson模塊放入，而后將整體放置到設定的位置或系統內，就實(shí)現了完整的系統。

EPC-R7200內部電路板與載板，將Jetson模塊放入即完整了

也由于Jetson采用「模塊＋載板」的彈性搭組設計，EPC-R7200的網(wǎng)關(guān)系統設計，除了在載板的硬件設計考量了三款Jetson模塊 (Jetson TX2 NX、Jetson Xavier NX、Jetson Nano) 的適配性，同時(shí)落實(shí)軟件整合以及測試驗證，確保使用者可以依照不同應用情境選擇不同的Jetson模塊來(lái)安裝到網(wǎng)關(guān)系統中。同時(shí)因為三款Jetson模塊的功耗不盡相同，EPC-R7200也對應提供三種散熱片作為配件，使用者可以輕松替換不同的Jetson模塊，使人工智能運算效能提升，或使用較經(jīng)濟實(shí)惠的模塊。

EPC-R7200內可選擇配置Jetson Nano (上)、Jetson Xavier NX (中) 或Jetson TX2 NX (下)，并有對應的散熱片，最左為散熱膏

對NVIDIA而言，自身只要專(zhuān)注于生產(chǎn)銷(xiāo)售Jetson即可，對于載板與機箱則是廣邀生態(tài)伙伴參與。截止2022年4月，NVIDIA官方已公布有107款載板、19套開(kāi)放系統，以及278套完整系統。在眾多搭配組合中EPC-7200網(wǎng)關(guān)系統（載板＋外殼機箱）有何出色特點(diǎn)？本文以下將對此逐一拆解觀(guān)察。

EPC-R7200外殼機箱、前I/O面板

先自外部觀(guān)察，EPC-R7200外觀(guān)緊湊小巧（Compact），尺寸僅15.2 x 13.7 x4.2公分，能如此輕薄小巧要歸功于另行設計搭配的散熱片，一般開(kāi)發(fā)階段用的Jetson模塊有著(zhù)高大的散熱片，但EPC-R7200改用低矮散熱片，散熱片頂再貼到機殼頂蓋，即將熱傳導到整個(gè)機殼來(lái)實(shí)現散熱，也因為高度減容（減少容積）使EPC-R7200有更大的場(chǎng)景適用性，在極小的環(huán)境空間也能安裝，或直接裝入小系統內，且幾乎不用改變系統的設計，另也能固定在工廠(chǎng)常見(jiàn)的DIN滑軌上使用。

研華科技EPC-R7200系統具有多樣的連接口及外殼設計

從上圖可看出，EPC-R7200的前I/O面板有電源接入孔、2個(gè)USB口（USB 3.2標準）、2個(gè)GbE LAN口、1個(gè)HDMI 2.0輸出，以及2個(gè)LED，在電力方面EPC-R7200可以使用9～24V的直流電，即拿一般汽車(chē)電瓶都可以驅動(dòng)，2個(gè)USB口可能會(huì )被認為太少，畢竟開(kāi)發(fā)套件都有3、4個(gè)，但這點(diǎn)另有解決方法，后面將詳細介紹；2個(gè)LAN口也有些特別，因為開(kāi)發(fā)套件多只有1個(gè)，此也將在后面闡述。

HDMI方面則能輸出4K清晰度（3840 x 2160），頻率60Hz；在LED上，一個(gè)電源標示，即EPC-R7200在運行時(shí)便會(huì )亮起，另一個(gè)可供開(kāi)發(fā)者自行定義。

EPC-R7200外部、底蓋

外部有RESET孔、天線(xiàn)孔（ANT），蓋內則有USB-OTG端口、Micro SD卡卡槽以及Nano SIM卡卡槽

EPC-R7200右側面板上有個(gè)重置（RESET）孔，用細尖物刺入即可重啟；然后有一處螺絲拴住的蓋，拆開(kāi)蓋后有三項，分別是1個(gè)USB 2.0 OTG端口（只能讓Jetson扮演裝置型的受控角色，不是主控角色）、1個(gè)MicroSD記憶卡槽，以及1個(gè)Nano SIM卡卡槽，另外側邊還可以看到2個(gè)較高位的孔，另一個(gè)側邊也有，總共4個(gè)孔位，可用于裝設無(wú)線(xiàn)收發(fā)天線(xiàn)。

底蓋內有除錯端口（右下）、恢復鍵（最下）、M.2 2230 Key E槽（右上），以及M.2 3042 Key B槽（左）

EPC-R7200底部也有一個(gè)如邊門(mén)般用螺絲拴住的蓋，拆開(kāi)后有四項，分別是除錯端口（Debug Port/Console Port）、恢復鍵（Recovery Key/Button）、M.2 2230 Key E槽，以及M.2 3042 Key B槽。其中除錯端口供開(kāi)發(fā)人員使用，恢復鍵是在重啟也無(wú)效下可以使用的系統恢復手法，Key E槽用來(lái)接Wi-Fi、藍牙的通信模塊子卡，Key B槽則用來(lái)接WWAN無(wú)線(xiàn)網(wǎng)域網(wǎng)絡(luò )的通信模塊子卡，前述的Nano SIM卡也與此模塊相關(guān)。

EPC-R7200 后I/O彈性擴充

EPC-R7200內部載板的連接器可彈性連接不同的UIO40-Express I/O擴展板，并有對應搭配的EPC-R7200后I/O面板。（資料來(lái)源：研華科技）

前面提到僅有2個(gè)USB端口似乎不夠，后I/O面板就成了發(fā)揮的地方，EPC-R7200在載板上另設有一組排針，可搭配研華UIO40-Express系列的I/O擴展板配置更多的I/O端口。例如，可以放置更多的LAN端口、更多USB端口，或工控領(lǐng)域常用的RS-232端口、RS-485端口，車(chē)用電子常見(jiàn)的CAN端口，或透過(guò)M.2 Key M槽連接NVMe協(xié)定的固態(tài)硬盤(pán)（SSD），乃至I2C界面或一般的GPIO等。

EPC-R7200邏輯方塊圖，藍色部分為I/O介面，橘色部分為載板用及的晶片以及與Jetson模塊連接的界面。（資料來(lái)源：研華科技）

整體而言，EPC-R7200的載板已先為Jetson模塊進(jìn)行多種擴充，例如使用Intel I210將Jetson的PCIe界面轉換為實(shí)際的LAN端口，或用USB 2.0 Hub晶片、USB 3.2 Gen2 Hub晶片擴充Jetson原有的USB界面，或運用收發(fā)器晶片將Jetson模塊的UART界面轉換成實(shí)際運用的RS-232界面。另外針對影像感應、顯示而設計的MIPI-CSI介面也依然可用。

要補充說(shuō)明的是，事實(shí)上Jetson模塊本身就具有1組RGMII界面可實(shí)現1組LAN端口，另一組LAN端口如前所言是透過(guò)Jetson模塊的PCIe界面再行轉接來(lái)實(shí)現，然Jetson Nano模塊上的PCIe數量不足，因此只能使用1組LAN口。

實(shí)際應用：晶圓代工產(chǎn)業(yè)也買(mǎi)單

了解EPC-R7200規格與設計后，更重要的是實(shí)際應用如何？目前EPC-R7200已經(jīng)有多種應用，例如用于交通監控，對于違規車(chē)輛可以用影像記錄與辨識車(chē)牌；或可用于人臉識別，識別是否有配戴口罩以協(xié)助防疫，或用于無(wú)人旅館的自助退房，或用于寵物的人工智能內窺鏡影像?；蛉绲聡鴻C具大廠(chǎng)用于智慧農業(yè)，透過(guò)人工智能識別實(shí)地精準實(shí)施精準噴灑，只針對雜草噴灑除草劑而避開(kāi)作物；日本也同樣運用于農業(yè)工作的智慧機器人上。

最后再以臺灣晶圓制造代工相關(guān)業(yè)務(wù)為例細部說(shuō)明，在晶圓制造過(guò)程中需要搬運晶圓，且必須極小心的搬運，避免精密的晶圓壞損，因而需要晶圓搬運車(chē)，或稱(chēng)晶圓搬運機器人（Wafer Transfer Robot）。事實(shí)上，這類(lèi)自動(dòng)搬運車(chē)在各式工廠(chǎng)的角色都很重要，過(guò)去常見(jiàn)的是AGV自動(dòng)導向車(chē)，現在更智能化的搬運車(chē)則稱(chēng)AMR自主移動(dòng)機器人。

在此案例中，AMR上配置了EPC-R7200，而后用UART/RS-232介面操控移動(dòng)輪，用2組USB口連接攝像頭以監測外部環(huán)境和物體移動(dòng)，再用1組USB連接Wi-Fi/藍牙通訊，以便可以接收指派的搬運任務(wù)，另外用PCIe界面與CAN界面來(lái)操控搬運手臂。為了引取與實(shí)現CAN界面、UART/RS-232界面，也用上研華UIO40-Express I/O系列的UIO-4034擴展卡。

EPC-R7200已運用于晶圓片自動(dòng)搬運車(chē)上，以AI技術(shù)感測環(huán)境與路線(xiàn)，從而精準平穩移動(dòng)。

除硬件外，搬運車(chē)也用及研華預先整合的軟件，包含Ubuntu Linux嵌入式系統、ROS/ROS2中介軟件，NVIDIA的ISAAC GEM，驅動(dòng)程序及軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）等，使開(kāi)發(fā)者可以更專(zhuān)注于人工智能應用的開(kāi)發(fā)，省去軟件執行環(huán)境的多項初始工作。

小結

總結而言，在實(shí)際應用環(huán)境中，高預先整合的軟件、彈性配置的I/O、工控等級的堅固耐久機箱等都是不可或缺的，以此為基礎方能真正實(shí)現滿(mǎn)足需求的Edge AI應用，以此為論EPC-R7200確為理想的選擇。