Banana Pi推出基于龙芯2K1000LA处理器的信创工业控制开发平台

Banana Pi推出基于龙芯2K1000LA处理器的信创工业控制开发平台：BPI-5202信创工业控制开发平台

BPI-5202 龙芯2K1000LA 信创工业控制开发平台

1.1 工控机的应用场景

物联网的狂潮，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

l 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

l 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

l 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LoongArch/ARM架构嵌入式系统构建嵌入式工控机的趋势

l 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：

l 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

l 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

嵌入式系统的CPU种类很多

ARM系列，国外的有：恩智浦（NXP）、高通（QUALCOMM）、德州仪器（TI）、三星（SAMSUNG）；国内的有：飞腾、全志、瑞星微、海思等

龙芯（LoongArch）系列，龙芯家族中的2系列，主要面向“边“及高级“端”的应用；1系列，主要面向中低级“端”的应用。

1.1 龙芯CPU架构简介

龙芯CPU是龙芯中科自主研发的具有完整自主知识产权的CPU产品.龙芯CPU面向国家信息化建设的需求，面向国际信息技术前沿，以安全可控为主题，以产业发展为主线，以体系建设为目标，坚持自主创新，掌握计算机软硬件的核心技术，为国家安全战略需求提供自主、安全、可靠的处理器，为信息产业及工业信息化的创新发展提供高性能、低成本、低功耗的处理器。

龙芯CPU系列产品包括：面向行业应用的专用小CPU、面向工控和终端类应用的中CPU、以及面向桌面与服务器类应用的大CPU。在国家安全、电脑及服务器、工控及物联网等领域与合作伙伴展开广泛的市场合作。

龙芯嵌入式CPU（1系列和2系列）主要应用于网络通信安全产品、指纹密码产品、工控互联网、行业应用等领域，与板卡、软件、整机厂商建立了紧密的合作关系。

国内主要网安企业的国产防火墙、交换机、网闸、路由器、各类数据通讯终端等产品，均使用龙芯CPU研发；在工控互联网领域，PLC、DTU、FSU、集中器、网络开票机、交通灯、门禁门锁、工控集终端等，正在快速增长。在SOC设计领域：行业SOC、数字电视、机顶盒、电力SOC等。

1.2 龙芯2K1000LA CPU简介

1.2.1 CPU说明

龙芯2K1000LA处理器是面向网络安全、移动智能终端、高性能边缘计算场景应用需求的双核处理器芯片。龙芯2K1000 处理器集成两个GS264 处理器核，芯片外围接口包括两路x4 PCIE2.0、一路SATA2.0、4 路USB2.0、两路DVO、64 位DDR2/3，及其它各种小接口。该芯片可以满足中低端网络安全领域应用需求，并为其扩展应用提供相应的接口

龙芯2K1000LA处理器，是全新的LoongArch架构处理器，与2K1000实现了PIN2PIN兼容。对比2K1000，2k1000LA性能提升20%，功耗降低20%，更重要的是，彻底摆脱了MIPS架构

BPI-5202 工业成品与应用开发平台

BPI-5202嵌入式边缘计算工控机，有三个不同的角色：

l 作为工业成品：以其所具有的功能（轻量级PLC、协议网关、视频网关、综合网关等功能），直接应用于工程项目现场

l 作为二次开发的基础平台，为应用开发者提供各类开发工具和协议解析数据库接口，大大缩短各类行业应用产品的开发周、降低开发难度

l 作为单纯的国产化自主可控的嵌入式边缘计算平台，为应用开发者提供较强算力的边缘计算支持

BPI-5202支持工业级标准

l 工业级低功耗设计，现场长期稳定运行

l 支持-40℃~+85℃宽温运行（高温环境下需选配合适的散热片/风扇）

l 执行GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5标准，EMC III级

l 支持双机冗余

数据+视频现场整合

l 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

l 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，数据OSD打码功能

l 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

多种南向/北向通信方式

l 支持2个独立MAC千兆自适应网口

l 支持2个RS485和1个RS232串口；通过机箱扩展和扩展板，可以多支持7个RS485

l 支持2路CAN接口；

l 支持扩展WIFI、4G/5G通信

HMI及上位机功能集成

多核架构、资源丰富、算力强劲、可信计算

l 龙芯高性能处理器2K1000LA，主频1.0GHz，4G DDR3

l 1 x mini PCIE接口，可接入4G模块、Wifi模块或AI算力卡；

l 内置软件狗加密芯片

l 可信平台模块，保障设备与通信安全

多种二次开发接口

l C、表达式、梯形图、Java、Python、SqLite编程接口

l Docker功能

Banana Pi BPI-5202典型应用场景

适用于国产化自主可控需求中涉及多通道/多协议接入、数据处理与整合的应用场景：

l 变电站/配电间自动化系统中各类（串口/网口/IO电气量）数据采集单元、测控装置、保护设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制

l 机房动力环境监控、泵房监控系统中各类（串口/网口/IO电气量）自动化控制设备、PLC、变频器设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制

l 智慧城市、智慧园区、智慧校园系统中各类（串口/网口/电气量IO）物联网传感器设备、控制设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制

l 智能配电房、机房动力环境、泵站、智慧园区、智慧校园、智能制造等现场的视频前段设备接入

l 配合后台API和平台，为应用开发商和用户提供不依赖视频厂家SDK和后台系统的低成本、易开发的独立安全的视频监控整合方案

Banana Pi BPI-5202产品级解决方案：

Banana Pi BPI-5202支持丰富的IO扩展：

模块化设计,支持丰富扩展

BPI-5202支持模块化设计，提供丰富的扩展接口，可以采用基本单元 + 5个扩展单元，支持按需配置。扩展IO单元模块包括：

*7 x RS485模块，带隔离

*16 x DI模块（开关输入模块），无源输入（最多支持5个模块混插）

*16 x DO模块(开关输出模块)，继电器输出（最多支持5个模块混插）

*8 x DI+8 x DO O模块(开关输入/输出模块)，继电器输出（最多支持5个模块混插）

*8 x AI + 4 x AO 模块（模拟量输入输出模块），支持0-5V、0-20mA输入

*可根据需求定制Lora、ZigBee、433M无线传输模块、电力线载波模块、以及其它功能模块

*支持第三方自行定制功能板卡，并与BPI-5202实现通信