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【開箱測評】搭載NVIDIA Jetson系列的工業級邊緣AI網關：研華EPC-R7200
用過NVIDIA Jetson的開發者都知道，Jetson本身是一片系統模塊（System on Module, SOM），但會搭配連接一片載板（Carrier Board），使其成為完整的電路系統，而后能用于學習、開發驗證，一旦開發驗證完，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，以便用于車載系統。
選定載板后，接下來就是鑲嵌到實際應用環境或應用系統中，環境可能是開闊的農場或橋梁下方，系統可能是無人機或無人搬運車，這時電路系統必須選擇一個機構外設，或鑲嵌到飛行器、搬運車原有的機箱外殼內，或為此變更機箱外設設計等。
滿足邊緣AI應用的開發彈性
針對上述需求，研華科技（Advantech）推出一款EPC-R7200網關系統，也是本次要開箱介紹的主題。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的網關系統設計，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，同時落實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模塊來安裝到網關系統中。同時因為三款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，或使用較經濟實惠的模塊。
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，自身只要專注于生產銷售Jetson即可，對于載板與機箱則是廣邀生態伙伴參與。截止2022年4月，NVIDIA官方已公布有107款載板、19套開放系統，以及278套完整系統。在眾多搭配組合中EPC-7200網關系統（載板＋外殼機箱）有何出色特點？本文以下將對此逐一拆解觀察。
EPC-R7200外殼機箱、前I/O面板
先自外部觀察，EPC-R7200外觀緊湊小巧（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，一般開發階段用的Jetson模塊有著高大的散熱片，但EPC-R7200改用低矮散熱片，散熱片頂再貼到機殼頂蓋，即將熱傳導到整個機殼來實現散熱，也因為高度減容（減少容積）使EPC-R7200有更大的場景適用性，在極小的環境空間也能安裝，或直接裝入小系統內，且幾乎不用改變系統的設計，另也能固定在工廠常見的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USB口（USB 3.2標準）、2個GbE LAN口、1個HDMI 2.0輸出，以及2個LED，在電力方面EPC-R7200可以使用9～24V的直流電，即拿一般汽車電瓶都可以驅動，2個USB口可能會被認為太少，畢竟開發套件都有3、4個，但這點另有解決方法，后面將詳細介紹；2個LAN口也有些特別，因為開發套件多只有1個，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，一個電源標示，即EPC-R7200在運行時便會亮起，另一個可供開發者自行定義。
EPC-R7200外部、底蓋
外部有RESET孔、天線孔（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，拆開蓋后有三項，分別是1個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MicroSD記憶卡槽，以及1個Nano SIM卡卡槽，另外側邊還可以看到2個較高位的孔，另一個側邊也有，總共4個孔位，可用于裝設無線收發天線。
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底部也有一個如邊門般用螺絲拴住的蓋，拆開后有四項，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。其中除錯端口供開發人員使用，恢復鍵是在重啟也無效下可以使用的系統恢復手法，Key E槽用來接Wi-Fi、藍牙的通信模塊子卡，Key B槽則用來接WWAN無線網域網絡的通信模塊子卡，前述的Nano SIM卡也與此模塊相關。
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。（資料來源：研華科技）
前面提到僅有2個USB端口似乎不夠，后I/O面板就成了發揮的地方，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，或工控領域常用的RS-232端口、RS-485端口，車用電子常見的CAN端口，或透過M.2 Key M槽連接NVMe協定的固態硬盤（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。（資料來源：研華科技）
整體而言，EPC-R7200的載板已先為Jetson模塊進行多種擴充，例如使用Intel I210將Jetson的PCIe界面轉換為實際的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，或運用收發器晶片將Jetson模塊的UART界面轉換成實際運用的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。
要補充說明的是，事實上Jetson模塊本身就具有1組RGMII界面可實現1組LAN端口，另一組LAN端口如前所言是透過Jetson模塊的PCIe界面再行轉接來實現，然Jetson Nano模塊上的PCIe數量不足，因此只能使用1組LAN口。
實際應用：晶圓代工產業也買單
了解EPC-R7200規格與設計后，更重要的是實際應用如何？目前EPC-R7200已經有多種應用，例如用于交通監控，對于違規車輛可以用影像記錄與辨識車牌；或可用于人臉識別，識別是否有配戴口罩以協助防疫，或用于無人旅館的自助退房，或用于寵物的人工智能內窺鏡影像。或如德國機具大廠用于智慧農業，透過人工智能識別實地精準實施精準噴灑，只針對雜草噴灑除草劑而避開作物；日本也同樣運用于農業工作的智慧機器人上。
最后再以臺灣晶圓制造代工相關業務為例細部說明，在晶圓制造過程中需要搬運晶圓，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，或稱晶圓搬運機器人（Wafer Transfer Robot）。事實上，這類自動搬運車在各式工廠的角色都很重要，過去常見的是AGV自動導向車，現在更智能化的搬運車則稱AMR自主移動機器人。
在此案例中，AMR上配置了EPC-R7200，而后用UART/RS-232介面操控移動輪，用2組USB口連接攝像頭以監測外部環境和物體移動，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，另外用PCIe界面與CAN界面來操控搬運手臂。為了引取與實現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搬運車上，以AI技術感測環境與路線，從而精準平穩移動。
除硬件外，搬運車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，驅動程序及軟件開發套件（SDK）等，使開發者可以更專注于人工智能應用的開發，省去軟件執行環境的多項初始工作。
小結
總結而言，在實際應用環境中，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現滿足需求的Edge AI應用，以此為論EPC-R7200確為理想的選擇。
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