У цій статті розглядається практичний підхід до проєктування компактного комп’ютера на базі модульної платформи SMARC — форм-фактора, який активно використовується у вбудованих системах, промислових рішеннях і edge-пристроях.
Матеріал буде корисним тим, хто цікавиться апаратною розробкою, планує працювати з модульними комп’ютерами або хоче краще зрозуміти, як поєднуються корпус, плата, інтерфейси та система охолодження в реальному інженерному проєкті. Акцент зроблено на практичному досвіді, логіці прийняття рішень і типових нюансах, з якими стикаються розробники під час створення компактних ПК.
Роботу над проєктом було розпочато не з підбору інтерфейсів, як це зазвичай роблять, а з вибору корпусу. Основною вимогою стали максимально компактні габарити з урахуванням SMARC-модуля розміром 82×50 мм. Формат куба одразу відкинули, тому висоту обмежили в межах 30–40 мм — цього достатньо для розміщення системи охолодження.
Після нетривалого аналізу доступних варіантів у мережі було знайдено вдале рішення — корпус розміром 120×88×38 мм, виконаний з чорного алюмінію. Такий формат добре поєднує компактність, міцність і потенціал для тепловідведення, тож вибір зупинили саме на ньому.
У комплекті постачання передбачили навіть дрібні приємні деталі: запасні гвинти, вимикач і невеликий шматок дроту (щоправда, лише один). Корпус було свідомо обрано з розбірними боковинами, які скріплюються між собою, — такий формат значно спрощує налагодження, тестування та вимірювання температурних режимів під час роботи.
Зовні конструкція виглядає акуратно й привабливо, створюючи відчуття продуманого та якісного виробу.
Для проєкту було використано модуль SECO Intel Atom x6425RE (SOM-SMARC-EHL (C93)), який уже був у наявності та базується на платформі Intel. Він оснащений достатньо продуктивним чотириядерним процесором із тактовою частотою 1,9 ГГц. Окрім цього, на борту передбачено eMMC-накопичувач на 64 ГБ, 16 ГБ LPDDR4x-пам’яті та повний набір сучасних інтерфейсів, що робить модуль універсальним для різних сценаріїв використання.
Ще до замовлення корпусу було прийнято рішення чітко визначити необхідний набір функцій і продумати їх розташування. Це дозволило заздалегідь оцінити габарити, уникнути конфліктів компонентів і переконатися, що всі елементи коректно розмістяться всередині, не заважаючи один одному та зберігаючи оптимальну компоновку.
На задній стінці виведено:
Живлення 12 В. Блок живлення на 5 А без проблем забезпечує роботу всієї системи, включно з периферією та запасом по навантаженню.
HDMI. Існують комбіновані роз’єми HDMI+DP, однак у цьому випадку інтерфейси було вирішено розвести окремо на чотиришаровій платі. Це дало змогу коректно розмістити велику кількість високошвидкісних ліній даних і залишити місце для внутрішніх модулів.
2× USB 2.0. Від внутрішнього модуля Wi-Fi/Bluetooth відмовилися на користь зовнішніх USB-донглів, розташованих на задній стінці. Другий порт використовується для підключення бездротової клавіатури та миші.
Гігабітний Ethernet. Попри заплановану підтримку Wi-Fi, дротовий мережевий інтерфейс було вирішено зберегти як більш стабільний і універсальний варіант підключення.
На передню панель було виведено елементи керування та інтерфейси, орієнтовані на щоденне використання й зручність доступу:
Світлодіоди живлення та активності. Наявність індикації дозволяє швидко оцінити стан пристрою. Додатковий світлодіод активності накопичувача розглядався, але від нього вирішили відмовитися.
Кнопка увімкнення/вимкнення. Передбачається можливість налаштування роботи кнопки для переходу в режим глибокого сну.
Роз’єм для гарнітури. На передню панель виведено окремі лінії для навушників і мікрофона; вибір аудіокодека розглядається окремо нижче.
Дві сервісні кнопки: reset та recovery. Кнопки зроблено утопленими, з розрахунком на натискання тонким предметом, щоб уникнути випадкового спрацювання.
2× USB 3.0. Для високошвидкісних підключень обрано роз’єми Type-A замість Type-C з міркувань практичності. Попри бажання реалізувати універсальний формат, включно з живленням через Type-C, було обрано більш класичне та надійне рішення.
Оскільки мова вже зайшла про аудіокодек, варто продовжити цю тему. Використаний модуль підтримує інтерфейс I2S, під який була розроблена схема на базі NAU88C22YG — вдалого й перевіреного рішення для таких задач. Як і у більшості подібних випадків, для конфігурації кодека необхідний інтерфейс I2C, через який виконується його налаштування.
На практиці виникла неочікувана складність: під час роботи з BIOS з’ясувалося, що кількість параметрів і варіантів конфігурації значно перевищує очікування. Попри витрачений час, знайти зрозумілий спосіб прив’язати конкретний аудіоінтерфейс I2S до потрібної I2C-шини так і не вдалося.
Додатковим питанням стали драйвери. З урахуванням цього було вирішено переглянути підхід і звернути увагу на альтернативу. На платформі SMARC залишалися два вільні порти USB 2.0, які не були виведені у вигляді роз’ємів через обмеження по місцю. Це відкрило можливість використати USB-аудіорішення.
У підсумку вибір зупинився на PCM2912 — USB 2.0 аудіокодеку з одним мікрофонним входом і стереовиходом. Такий підхід виявився значно простішим: для цього чипа вже доступні готові драйвери як під Windows, так і під Linux, що суттєво спрощує інтеграцію. Саме тому цей варіант було визнано оптимальним для поточного проєкту.
Для його харчування потрібно лише 5В. Вийшло відмінне та просте рішення.
На платі модуля вже передбачено eMMC-накопичувач обсягом 64 ГБ, однак для розширення можливостей зберігання було вирішено додати кілька інтерфейсів для підключення SSD.
Передбачені такі елементи та роз’єми:
Роз’єм для SSD mSATA у формфакторі mini PCI-E (52 контакти), що дозволяє використовувати компактні SATA-накопичувачі.
Роз’єм для SSD M.2 NGFF (75 контактів) з підтримкою PCIe 3.0 ×4, орієнтований на високошвидкісні NVMe-накопичувачі.
Два роз’єми microUSB, запаралелені з Type-A (USB_OTG), що дозволяє обійтися без нестандартних або перехідних кабелів.
Батарейка для RTC формату CR1220. Використання більшої батареї було неможливим через обмеження по габаритах; альтернативою міг би стати лише вертикальний тримач.
Роз’єм для підключення вентилятора системи охолодження з контролем обертів і можливістю вибору напруги живлення 5 В або 12 В за допомогою джампера. У BIOS передбачено налаштування типу вентилятора — 3-провідний або 4-провідний.
DIP-перемикач, розташований під модулем, для вибору режимів завантаження: eMMC, SATA, PCIe, USB та інших доступних варіантів.
На нижньому боці плати, окрім SSD, розміщено вузли живлення, схему керування вентилятором та аудіокодек. Порівняно з формфактором M.2, накопичувач mSATA виявився помітно більшим за габаритами, що ускладнює щільну компоновку.
Живлення модуля за напругою 5 В реалізовано через окремий DC/DC перетворювач MP8759GD з максимальним струмом 8 А. Аналогічний buck-перетворювач використовується для формування 5 В лінії USB. Далі напруги розподіляються через два додаткові стабілізатори на 3,3 В та 1,8 В, які живлять SSD і внутрішні логічні ланцюги. Така схема забезпечує стабільність, запас по струму та коректну роботу всіх підсистем.
Завдяки суттєвому скороченню кількості інтерфейсів і збереженню лише необхідних, трасування плати на чотирьох шарах не викликало особливих складнощів. Розглядалася ідея розмістити всі компоненти з одного боку плати, однак такий підхід потребував би збільшення габаритів конструкції. Крім того, з міркувань зручності налагодження було вирішено не розміщувати жодних елементів безпосередньо під модулем, що спростило доступ і подальшу діагностику.
Після увімкнення зображення по HDMI так і не з’явилося. При цьому ознаки життя були повністю нормальні: вентилятор обертався, індикація працювала, усі напруги в межах норми — але відеосигналу не було.
Пошук причини привів до документації на модуль. У специфікації прямо зазначено: «2×DP++ 1.4 або 1×DP++ 1.4 та 1×HDMI 1.4». Тобто з двох відеоінтерфейсів один справді може бути реалізований як DP++ або як HDMI — логіка зрозуміла. Під це навіть було передбачено резистор, який задає вибір інтерфейсу.
Проблема виявилася в іншому: резистор вибору інтерфейсу був виведений не на ту лінію. Він був підключений до того DP-каналу, який у цій платі взагалі не використовується (цей варіант розводки залишився з іншого проєкту). У результаті HDMI фізично «не активувався» там, де його очікували, і на виході — порожній екран.
Прикро, єдиний навісний провід на платі.
Після усунення помилки з відеоінтерфейсом на екрані нарешті з’явився довгоочікуваний робочий стіл Windows 10. На цьому етапі вентилятор було тимчасово просто підключено й покладено на плату — без радіатора. За таких умов робоча температура під час базового навантаження (інсталяція програм, робота з інтерфейсом) трималася в межах 65–75 °C.
Процесор має теплопакет усього 12 Вт, тож система здатна працювати навіть без активного охолодження. Водночас нагрів залишається досить відчутним, тому повністю пасивний варіант виглядає сумнівним. Заплановано експерименти з радіатором, однак імовірно, що без вентилятора обійтися не вдасться.
Після встановлення операційної системи з’ясувалося, що значної частини драйверів у стандартному наборі немає. Необхідні компоненти були знайдені на офіційному сайті SECO у вигляді архіву обсягом близько 1,2 ГБ, після встановлення якого система запрацювала коректно.
Корпус було придбано, однак залишилося вирішити практичне питання з акуратним виконанням вирізів під усі роз’єми. Ручна доробка напилком виглядає не надто вдалою ідеєю — це довго, неточно й важко повторювано. Тому паралельно з апаратною частиною готуються креслення: розглядається можливість фрезерування або іншого механічного способу обробки, який дозволить отримати рівні та охайні отвори.
Окрему увагу привертають системи охолодження від ноутбуків. З огляду на обмежений внутрішній простір корпусу, такий підхід виглядає цілком логічним: компактні теплові трубки й низькопрофільні радіатори можуть стати оптимальним компромісом між ефективністю охолодження та габаритами.
Цей проєкт показує, що створення компактного міні-ПК на базі SMARC — це не лише про вибір компонентів, а й про постійні компроміси між габаритами, функціональністю та зручністю налагодження. Навіть дрібні помилки в розводці або конфігурації можуть коштувати часу, але водночас дають цінний практичний досвід. У підсумку вдалося отримати працездатну систему з гнучкою архітектурою, яка має потенціал для подальшого доопрацювання — насамперед у частині корпусу та охолодження.
