二维码都不陌生,在我们现在的生活中随处可见,比如,微信加朋友,扫描一下二维码即可;买东西付款,直接出示二维码;甚至现在很多芯片上都贴上或刻上了二维码的丝印。

 

二维码是近几年来移动设备上超流行的一种编码方式,比传统的一维条形码能存更多的信息,也能表示更多的数据类型,所以它在支付、防伪、信息获取等领域中都会使用到。


而相应的二维码扫描仪也成了这个时代发展中成指数级爆发增长的一个现象级硬件产品,市面上的二维码扫描仪五花八门,但是,他们都有一个特点,很笨重,不够精致小巧,这是什么原因导致的?是成本问题呢?还是硬件方案很复杂?或许看完本期拆解,你就能找到答案了。

 

颠覆传统,穿戴式二维码扫描仪拆解

 

本期拆解的一个无线蓝牙的二维码扫描仪,如下图示,外观精致小巧,更绝的是,它还是一个手指穿戴式二维码扫描仪。扫描仪的开关在侧方位,一按就启动工作,操作相当舒便捷,设计非常人性化。

 

 

但是,别看它这么一小个,价格可不便宜,加上税的价格大概1400人民币左右。到底是什么神仙硬件方案支撑了这价格?来看下拆解后的情况,内部的结构和硬件方案大致可以分为3个部分:条码成像仪,核心处理板,功能外设扩展底板。

 

  • 条码成像仪

 


条码成像仪模块设计得非常精致小巧,对照规格书来看,可以知道一个是1280*800像素的摄像头,一个是610nm的瞄准LED,一个是660nm的远红外照明LED。另外我们从规格书中也可以知道摄像头端口采用了27 pin ZIF 连接器,而这条码成像仪模块又支持MIPI或者并行接口,所以从电路布局来看,模块是直接连接核心处理板的,也就是最重要的一步,是谁将这个成像仪模块输出的数据进行处理的呢?核心芯片是什么?

 

  • 核心处理板

 


这就要谈到核心处理板了,板载的核心处理器从丝印来看是瑞萨的产品,查了下文档,瑞萨的RZ/A1LU系列微处理器。这是瑞萨最新推出的SoC系列产品,硬件框图可以参考这下图。

 

 

CPU采用ARM Cortex-A9高速内核,最大主频支持400MHZ,可以运行LINUX系统。具有先进的图形功能、丰富的数字外设和模拟外设交互功能,这颗SoC集成的功能非常丰富,可讲的地方也多,所以本文主要结合拆解的这个产品挑几个我认为是重点的地方来谈一下。


首先,核心处理板背面只有外接的Flash,电源管理,晶振以及一些被动元器件,没有RAM,这使得这个板子可以设计得如此精致小巧。而这就是我要提到的这颗SoC的第一个重点,内置了大容量的SRAM,在业界同类的MPU中,这个片上内存容量应该属于第一梯队,得益于片上集成的内存,所以可以在空间敏感型产品中进一步降低设计难度。

 

此外,我们知道目前内存升级迭代非常快,比如现在都出到了DDR5,导致很多通用的中规模RAM渐渐停产,相应的连锁反应就是对于那些需要使用外置RAM的产品来说,无疑增加了采购风险。而瑞萨这个产品内置的大容量内存可以使一般应用中无需再使用外置RAM,这样即避免了RAM采购稳定性的问题,也降低了系统的成本,同时也简化了电路设计,真可谓一箭三雕。

 

其次,就是瑞萨这个SoC支持SPI-Multi-I/O接口,什么意思呢?


我们知道传统的CPU执行需要将数据先从外部存储拷贝到RAM中运行,而瑞萨的这个产品支持SPI Multi I/O接口,支持连接XIP 四线串行Flash,可以让CPU直接从外部存储设备获取并执行系统,启动时无需做任何拷贝,这样可以大大节省RAM的资源。

 

 

这么看来,瑞萨的这个系列微处理器是不是很有特色?但不仅仅是如此,对照器件上的丝印来看,这个产品上用到的这颗微处理器具体型号为R7S721030VCBG。它3M字节的片上RAM,对于视频显示和工作区域,提供128K字节作为数据保留共享。还有各种外设功能,比如具有:


1.    PWM信号,可以用于电机控制;
2.    以太网MAC,外接以太网PHY,可以用于接入网络;
3.    I2C接口,外接EEPROM,可以用于存储设备及生产商信息;
4.    SDHI接口,可接SD卡,用于存储系统运行日志;
5.    USB2.0接口,可以外接USB外设,提供方便灵活的信息交互;
6.    VDC模块(视频显示控制器)支持摄像头信号输入,可以用于工业现场实时监控。
7.    支持外接LCD触摸屏,通过丰富流畅的图形及视频处理功能,可以提供友好的人机交互接口。

 

所以从这个产品的特性可以看出,RZ/A1LU可广泛应用于需要图像显示、语音处理、摄像头输入及网络通讯接口的应用场合,借鉴瑞萨相应的硬件系统解决方案,可以帮助客户缩短原型开发时间。

 

  • 功能外设扩展底板

 

说完这个核心的微处理器,我们再回到这个产品的最后一部分,功能外设扩展底板。

 

 


经过瑞萨的这颗微处理芯片处理后,后面的工作流程就比较清晰了。条码成像仪通过FPC排线连接到核心处理板,核心处理板通过FPC排线连接到功能外设扩展底板。底板上搭载了一个微控制器,实现基本的功能控制;一个蓝牙模块,实现通信配对功能,还包括电池供电接口,充电接口,NFC功能。

 

扫描仪的所有焊接的信号线都有熔胶固定,可以有效防止剧烈震动时脱焊,细节很到位。

 

总结

 

通过拆解发现其实这个蓝牙手指式扫描仪硬件结构很清晰,瑞萨的核心微处理器RZ/A1LU处理成像仪输出的数据,而外设功能板上的微控制器实现板载基本的功能控制。

 

整个产品精致小巧,穿戴式扫描仪,创意优秀,而且在精致小巧的外表下具有超强的“内芯”。不失为是一个优秀的硬件方案,但是个人觉得瑞萨的这颗微处理器用在这里还是有点大材小用了,正如我上面介绍的它拥有的特点,其实更适合更复杂的应用。比如带有屏幕的工业控制人机交互系统,当然啦,它也可以应用于像智能家居、办公自动化、汽车、工业控制等多种场合。如果你对文中涉及到的瑞萨RZ/A1LU微处理器感兴趣的话,可以上瑞萨的官网看看,有现货购买,非常难得!