BPI-6202 嵌入式单板工控机

嵌入式工控机概述

嵌入式工控机的定义与应用场景

工控机（Industrial Personal Computer，简称IPC），是上世纪90年代开始出现的、广泛应用于工业现场监视与控制的加固、增强型微型计算机，工控机常常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特别设计 截止到目前，X86+Windows（Wintel）架构，依然是工控机的主流方案，可被定义为传统工控机。一般而言

在传统工控机在工控领域的自动化和信息化方面发挥重要作用的同时，其先天弱势也一直困扰着厂家、集成商和用户。大家都在寻找更好的方案

近十年来，嵌入式系统发展迅速，以其具有的低功耗、低成本及不断提升的高性能等特点，已经成为移动设备（手机、PAD）的唯一方案；也成为包括工业控制在内的各行业实现数据采集处理的理想选择ARM架构的嵌入式系统，具有的灵活高效的软硬件方案定制特点，目前已经形成完整的产业链生态圈，能够为用户提供满足其现实需求、并有一定超前扩展余度的产品，且价格更有竞争优势的产品；当用户需求逐渐超出目前产品的能力时，又能够通过快速的方案设计与迭代，不断提供满足用户要求的新产品，能够实现“需求——技术——方案——产品——市场——用户——需求“不断上升的良性循环

相对于传统工控机，经特殊设计的基于嵌入式计算机架构的系统，被称为嵌入式工控机

传统工控机与嵌入式工控机的主要特点对比如下：

序号	关键要素	传统工控机（Windows+X86）	嵌入式工控机（Linux+LoongArch/ARM）
1	性能	商用级赛扬或商业/工业级酷睿i3~I5	工业级，性能高于赛扬，弱于I3
2	安全性	漏洞多，易受病毒和黑客攻击	系统稳定、较少升级，安全性高
3	实时性	实时响应能力较差	实时响应能力能够满足要求
4	可靠性	高功耗必须强散热，可靠性低	低功耗无需考虑散热，可靠性高
5	扩展性	在主板上扩展各类接口复杂	在核心板/开发板上扩展各类接口较为方便
6	工业级	实现真正工业级产品较为困难	实现真正工业级产品较为容易
7	定制化	定制化效率低、成本高	面向应用快速高效订制与迭代
8	性能	对工业应用而言性能不足或过剩	针对应用，具有最佳性能方案
9	总体价格	较高	针对应用，具有价格优势
10	运维成本	功耗高、运维成本高	低功耗低成本，绿色环保
11	生命周期	换代频繁，库存难以保证	CPU生命周期较长，可保证库存

嵌入式工控机已经成为传统工控机的强力竞争对手。在未来，前者形成对后者的压倒性优势，毫无悬念

嵌入式工控机的应用场景

工业互联网及物联网的迅速发展，既是一场众多的计算机软硬件厂家（也包括通讯方案和产品厂家，其本质也是计算机系统，甚至是嵌入式系统的软硬件厂家）尝试进入利润相对较高的行业监控市场的前赴后继的尝试；也是一场开启“民觉民智”，普及专业知识的启蒙运动。这个已经持续了十数年的大风暴，使普罗大众对监视和控制的应用需求和想象，扩展到了各行各业的每个角落

“云—管—边—端”的概念，是以互联网思维和术语，对监视控制原理做了经典的总结与归纳；但从技术发展历史看，它远非全新概念和新技术，实际上是数十年来各行业监控应用所采用的主流模式和架构

• 云：实现监控中心系统及更多高级应用软件和算法的计算机系统。这里的“云”，既包括互联网上的“公有云”，也包括企业局域网上的“私有云”。构建“云”的计算机系统，目前主要为高端X86+Windows/Linux服务器，及其集群
• 管：为设备两侧提供各种效率、可靠、便捷、高性价比的有线/无线通道。不仅在“云”和”边“之间有“管”的存在，例如广域以太网网、4G/5G等；在应用现场的“边”和“端”之间，也有适合现场应用场景的有线/无线的“管”的存在，比如局域以太网、串口、高速电力线载波（HPLC）、LoRa、ZigBee、WIFI等
• 边：用于完成现场计算任务的计算机系统。边”的主要角色，早期由传统工控机、或者在要求不那么严格时，用一般的台式机及服务器来承担；目前开始出现以中高端ARM架构嵌入式系统构建嵌入式工控机的趋势
• 端：用于实现对行业应用中对主设备（一次设备）进行监视和控制的装置（二次设备）、以及物联网环境中对各类主设备进行监控的设备（二次设备）。“端”的主要角色，早期由低端的嵌入式单片机系统实现；目前以逐渐过渡到以中低端嵌入式系统（主频1GMHz以下）为主流方案

从以上的分析不难看出，工控机的应用，主要定位在“边”的层面。作为“边”的具体应用，嵌入式工控机主要承载以下两种类型的功能：

• 自动运行类，如网关、NVR、路由器、防火墙等，通过特别设计的工业级中低档嵌入式计算机系统实现。部分具有简单的基于字符/位图的展示和特殊按键的参数配置和状态显示功能
• 交互运行类，完成监控和系统（含HMI人机交互界面）等功能，通过特别设计的工业级中高档嵌入式计算机系统实现，具有矢量化图形系统的交互能力

嵌入式工控机的典型应用场景

• 智能配电房、机房动力环境、泵站、智慧园区、智慧校园、智能制造等现场的边缘“大脑”，实现与现场数采单元、测控装置、保护设备、PLC设备、CNC设备、机器人设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制
• 嵌入式SCADA系统（C/S、B/S模式）
• 100ms级别的软PLC
• 工控/物联网现场小型数据服务器
• 满足“智改数转”要求的企业车间级工业看板/OEE看板、轻量级MES前端数采和展示
• 基于行业应用的第三方算法、模型的开发与运行平台
• 视频前端设备的接入与推送、视频录像与联动、视频AI分析接口及分析结果的综合联动
• 现场网络安全及审计

BPI-6202 嵌入式单板工控机介绍

产品介绍

产品概述

BPI-6202，是Banana Pi 社区与吉斯凯达公司面向各种工业控制领域需求研发的、高性价比的通用嵌入式单板工控机，对标J1800/J1900及其它同类嵌入式产品，具有如下优势：

• 工业级产品，性能强功耗低：工规级标准，性能超越赛扬；低功耗无散热，长期运行
• 抗干扰设计，适应恶劣工况：电源/网口/串口均按EMC3~4级设计
• 单板式结构，无接插更可靠：集核心板功能与底板功能一体，可靠性更高、寿命更长
• 产业链整合，确保质优价廉，通过优化产业链环节，保障量产品质，极致降低成本
• 创新性组合，满足不同需求，开放硬件资料、单板件/整机/工控软件，任意选择
• 长生命周期，长期稳定供货，CPU原厂承诺10年供货，保证研发投入的最大回报

由于BPI-6202具有较强的算力和较多的资源，，在完成上述功能外，还能够提供各种数据接口，为更多的行业应用优化算法提供理想的计算环境和二次开发能力。

含机壳的CS6202外观如下图所示。

主要特点

1,工业成品与应用开发平台,BPI-6202嵌入式单板工控机，可以扮演如下角色：

• 工控应用成品：以其所具有的丰富硬件资源（网络、串口、4G/5G/WiFi、HDMI/USB显示交互、SSD硬盘）和应用软件（协议网关/视频网关、C/S+B/S模式的SCADA、应用发布、PLC编程、网关安全及审计等功能），直接应用于工程现场
• 行业应用二次开发的基础平台：提供基于Linux + Ngnix/HTTPS+ C/Python/Java/JS + MySQL/Sqlite/InfluxDB + Docker的开发环境、接口及应用环境，满足各类应用开发者需要
• 小型数据应用服务器：提供安全可靠、价格低廉、具有充裕算力和存储能力（大容量SSD硬盘）的边缘计算/控制节点
• 硬件/操作系统的开源项目:向生态伙伴提供完全的硬件板卡级开源，提供6202单板工控机的原理图、PCB图等完整的硬件资料和基本操作系统，支持用户在6202单板工控机的基础上，自行开发更多的单板应用系统

2,工业级标准:

• 工业级低功耗无风扇设计，现场长期稳定运行
• 支持-40℃~+70℃宽温运行
• 执行GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5标准，EMC III级

3,可扩展功能

• 支持定制外壳的板卡扩展，包括电气IO模块（AI / AO /DI /DO模块）、扩展串口模块、扩展以太网交换模块、HPLC通信模块、CAN通信模块、Zigbee通信模块、Lora通信模块，以及其他行业应用的定制模块，采用内部高速总线与6202主板通信

4,数据+视频现场整合

• 多年积累的300+国际/国家/行业/企业协议库，即插即连，提高接入效率，解析数据准确
• 视频RTSP/RTMP，Onvif/GB28181功能，流媒体服务器功能，H.264/H.265播放功能，数据联动短视频联动报警录像功能，摄像头AI分析事件捕获/上传功能（近期发布），数据OSD打码功能（近期发布）
• 解决长期以来视频监控独立于数据监控、需要视频厂家前端+后端绑定方案痼疾和痛点

5,轻量级PLC功能（近期发布）

• 通过IEC61131-3编程语言，可针对网关内所有数据进行PLC方式编程，通过电气IO模块，实现轻量级PLC功能

6,多种南向/北向通信方式

• 支持2个独立IP网口（1G+100M）*支持2路RS485串口+1路RS232 Console
• 支持WIFI、4G/5G通信
• 可扩展支持CAN、ZigBee、Lora通信

7,HMI及上位机功能集成

• 通过HDMI/USB接口连接触摸屏/大屏-键盘-鼠标，应用程序可实现友好的HMI交互
• 配合内置的全功能SCADA系统（C/S架构和B/S架构），取代现场X86+Windows架构的上位机计算机系统，适合无人值守环境，具有极高的性价比

8,多核架构、资源丰富、算力充裕

• 全志A40i ARM Cortex-A7四核1.2GHz + 2G DDR3 + 8G eMMC
• 内置大容量SSD硬盘
• 丰富的计算资源，确保更多的边缘计算能力
• 内置软件狗加密芯片
• 内置国网通信专用加密芯片

9,多种二次开发接口

• C、表达式、梯形图、Java、Python、SqLite编程接口
• Docker功能

内部逻辑结构