1. 边缘网关硬件平台选型与接口识别
任务说明
某工业现场需要部署边缘网关，需求文档要求：支持Modbus RTU设备接入（RS-485）、支持4路数字量输入采集、支持通过以太网上传数据至云平台，且需具备本地AI推理能力（用于振动信号异常检测）。请根据需求完成硬件选型，并识别所选平台上的主要接口，输出接口清单及用途。
硬件选型决策
根据需求文档，三个候选平台的对比如下：
| 需求项 | 树莓派4B | Jetson Nano | x86工控机 |
|---|---|---|---|
| RS-485/Modbus | 需外接USB转485模块 | 需外接USB转485模块 | 通常板载COM口（RS-232/485） |
| 4路DI采集 | GPIO可扩展（需光耦隔离） | GPIO可扩展（需光耦隔离） | 需加隔离数字量输入卡 |
| 以太网 | 千兆以太网 | 千兆以太网 | 双千兆以太网 |
| AI推理能力 | CPU推理，算力弱 | 128核Maxwell GPU，适合边缘AI | 可加GPU，但功耗/体积大 |
| 工作温度 | 0~50℃（商用级） | -25~85℃（工业级型号） | -20~70℃（工业级型号） |
选型结论：选用Jetson Nano（工业级型号）。理由：①自带GPU满足振动信号AI推理需求；②工业级型号工作温度范围覆盖现场环境；③GPIO可扩展DI采集，USB可扩展RS-485模块；④千兆以太网满足数据上云带宽要求。
接口识别与清单
Jetson Nano开发板主要接口分布如下图所示：
接口清单及用途
| 接口 | 数量/规格 | 在本案例中的用途 |
|---|---|---|
| GPIO（40-Pin） | 28个可编程IO | 4路DI采集（接光耦隔离后接传感器），2路用于RS-485方向控制 |
| UART | UART0/1/2（TTL电平） | UART1接USB转RS-485模块（需额外模块），UART0作调试串口 |
| I2C | 1路（引脚复用） | 预留扩展：读取板载温度/电压监控芯片 |
| SPI | 1路（引脚复用） | 预留扩展：外接高速ADC或LCD |
| USB 3.0 | 4个Type-A | 1个接USB转RS-485模块（Modbus RTU），1个接4G模块（备用上云通道） |
| USB Type-C | 1个 | 5V供电输入（配合DC 5V冗余供电） |
| 以太网 | 1个千兆RJ-45 | 主用上云通道，Modbus TCP/HTTP/MQTT上传 |
| CSI/DSI/HDMI | 各1个 | 本案例不使用（HDMI仅用于调试显示） |
| microSD | 1个 | 系统存储（运行Ubuntu + 网关程序） |
| 风扇接口 | 1个5V PWM | 散热控制（工业现场高温环境） |
接口识别验证方法
在Jetson Nano上运行Ubuntu 20.04系统，通过以下命令验证接口可用性：
# 查看GPIO引脚映射（使用Jetson.GPIO库）
sudo apt install python3-pip
pip3 install Jetson.GPIO
python3 -c "import Jetson.GPIO as GPIO; print('GPIO OK')"
# 查看UART设备
ls /dev/ttyTHS*
# 预期输出：/dev/ttyTHS0 /dev/ttyTHS1 /dev/ttyTHS2
# 查看USB设备（插入USB转485模块后）
lsusb
# 预期输出：包含 "FTDI" 或 "CP210x" 等串口芯片信息
# 查看以太网链路状态
ethtool eth0 | grep "Link detected"
# 预期输出：Link detected: yes
# 查看I2C总线
sudo i2cdetect -y -r 1
# 预期输出：地址列表（无设备时显示 "--"）判定标准：①GPIO库导入无报错；②/dev/ttyTHS*设备节点存在；③插入USB转485模块后lsusb能识别到对应芯片；④以太网物理链路为yes；⑤I2C总线扫描命令正常执行。以上全部满足即接口识别通过。