Jste zde

Mbed: Operační systém pro IoT zařízení ušitý na míru mikrokontrolérů ARM

Libor Michalec, 25. Září 2019 - 7:41

Mbed OS je operační systém s otevřeným zdrojovým kódem pro platformy využívající mikrokonřadiče Arm navržené speciálně pro IoT zařízení. Mbed OS poskytuje abstrakční vrstvu pro mikrokontroléry a vývojáři se mohou soustředit na psaní aplikací. Mají přitom velmi dobrý základ konektivity bezpečnosti i hardwarové kompatibility.

Zdrojový kód Mbed OS je k dispozici na GitHub a podrobnosti o změnách v jednotlivých verzích naleznete na release page. Pro rychlý start můžete navštívit stránku try our quick start. Mbed OS je uvolněn pod licencí Apache 2.0, takže ji lze používat v komerčních i soukromých projektech. Další informace o licencování naleznete v licenční dokumentaci https://os.mbed.com/docs/mbed-os/v5.13/contributing/license.html

Architektura

Základ Mbed OS

Mbed OS používá hardwarovou abstrakční vrstvu (HAL) k podpoře nejběžnějších částí mikrokontroléru, jako jsou časovače. Tento základ usnadňuje psaní, protože Mbed OS zahrnuje potřebné knihovny a podporu ovladačů pro standardní periferie MCU, jako jsou I2C, sériové a SPI. Mbed OS má jádro RTOS, takže podporuje deterministické, vícevláknové provádění softwaru v reálném čase. RTOS využívá vlákna, semafory, mutexy a další funkce. Struktura Mbed OS umožňuje si vybrat systém souborů, který nejlépe vyhovuje danému IoT zařízení.

Souborový systém FAT podporovaný SD kartou poskytuje kompatibilitu s jinými operačními systémy, jako jsou Windows, Mac OS nebo Linux. Pokud je důležitá vysoká spolehlivost a zotavení po výpadku napájení má smysl používat vestavěný souborový systém, který je podporován flash (Q) SPI NOR.

Konektivita

Mbed OS podporuje Bluetooth Low Energy, NFC, RFID, LoRa, 6LoWPAN-ND, Thread, Wi-SUN, Ethernet, Wi-Fi, LPWA. Mbed OS nabízí stabilní jádro pro výše zmíněné technologie. Ve čtvrtletních periodách informuje o trendech v oboru, takže můžete přejít na nová inovativní řešení. Stacky pro jednotlivé sítě jsou dostatečně flexibilní, aby vyhovovaly potřebám nejnáročnějších návrhů zařízení IoT. Zda se jedná o kombinaci mikroprocesoru s jedním čipem a rádiového čipu nebo více čipů připojených přes sériové sběrnice, nic není problém pro Mbed OS. Mbed OS plně podporuje platformu Pelion IoT. Jedná se o software, který dokáže spravovat rozmístěná IoT zařízení a jejich data. Mbed OS a Pelion tvoří ucelený ekosystém, který vyhovuje potřebám dnešního IoT světa. Více informací o podporované konektivitě naleznete na https://www.mbed.com/en/technologies/connectivity/ .

Bezpečnost

Platforma Pelion IoT má vestavěné zabezpečení na všech úrovních. Vedle cloudových služeb, robustních komunikačních balíčků a bezpečných aktualizací firmwaru nabízí Mbed dvě zabezpečení – Arm Mbed TLS a Secret Partion Manager (SPM), který splňuje osvědčené postupy v rámci architektury Arm Platform Security. Secret Partion Manager (SPM) byl nahrazen bezpečnostním systémem uVisor, který vylepšuje bezpečnost v Zigbee a BLE komunikaci.

Mbed TLS zajišťuje bezpečnost mezi zařízením a bránou nebo serverem, a použití Secret Parion Manger nebo uVisor snižuje riziko prolomení bezpečnosti. Zabezpečení spočívá ve využití nejmodernějších průmyslových standardních protokolů a šifrovacích sad podle doporučení NIST a dalších souvisejících organizací. Díky této úzké spolupráci má Mbed zkušenosti a přístup k nejnovější práci globální výzkumné komunity v oblasti bezpečnosti a své poznatky ihned přenáší do praxe.

Vzdálená aktualizace firmwaru

Mbed OS nabízí bezproblémovou integraci služby pro aktualizace, která je dostupná v Pelion IoT. Takže lze aktualizovat aplikaci nebo verzi Mbed OS vašeho zařízení kdykoliv a kdekoliv. Vývojový nástroj Arm Mbed CLI umí vytvářet aktualizační data, generovat jejich manifesty a odesílat je na dané zařízení.

Pokud je nutné aktualizovat skupiny zařízení, lze vygenerovat a nahrát manifest a payload na portál správy zařízení a odtud spustit standardní kampaň pro upgrade.

Další informace naleznete na technologické stránce, Mbed CLI update flow nebo quick start through the Online Compiler (Poznámka: nejdříve si přečtěte use the connecting quick guide to set up the original application ).

Hardware

Arm, jeho partneři a vývojářská komunita Arm Mbed spolupracují na vývoji projektu Mbed OS. To znamená, že Mbed OS obsahuje ovladače pro mnoho různých hardware. Obecně řečeno, hardware lze rozdělit do tří typů:

  • Moduly: zahrnují mikrokontrolér, připojení IoT a nutnou paměť. Jsou ideální pro navrhování produktů IoT, od prototypování po sériovou výrobu. Moduly Mbed mají plnou podporu pro Mbed OS se všemi dostupnými ovladači pro konektivitu. Mezi výrobce modulů, které podporují Mbed OS  patří Advantech, MultiTech, Murata Manufacturing Co., Ltd., MXChip, u-blox AG.
  • Desky: vývojové desky jsou levným způsobem, jak začít s vývojem Mbed OS a dalších komponent. Mezi výrobce desek patří AnalogDevices, Arm, Cypress Semiconductor, GigaDevice, Maxim Integrated, Nordic Semiconductor ASA, Nuvoton, NXP Semiconductors, Realtek, Renesas, Silicon Labs, STMicroelectronics, Toshiba, WIZnet.
  • Komponenty: Databáze komponent umožňuje opakovaně použit knihovny pro různé hardwarové, middlewarové a IoT služby. Tyto komponenty mohou být použity jako stavební kameny pro rychle se vyvíjející prototypy a produkty. Výrobci komponent jsou AnalogDevices, Avnet, Bosch Sensortec, CSR, L-Tek, Maxim Integrated, Minewtech, NXP Semiconductors, PixArt, Rohm Co., Ltd., SeeedStudio, Semtech, Sigma Delta Technologies, STMicroelectronics, u-blox AG, WIZnet.

Nástroje

Produktová sada Mbed obsahuje nástroje, které jsou nutné k práci s OS Mbed. Pro zkušeného vývojáře je tu možnost pracovat offline s Arm Mbed CLI a spokojit se s příkazovým řádkem založeným na Pythonu. Nástroj Mbed CLI lze použít jen jednou ze tří podporovaných nástrojů: Arm Compiler 6, GCC a IAR. Mbed OS obsahuje integrační kód pro každou podporovanou sadu nástrojů, aby byl podproces bezpečný. Pokud dáváte přednost práci online, použijte ArmMbedOnline Compiler. Jedná se o online vývojový nástroj, který umožňuje psát a vytvářet aplikace pomocí webového prohlížeče bez dalšího nastavení.  Pomocí nástrojů pro ladění DAPLinkandpyOCD lze programovat a ladit mnoho zařízení. Na konci vývojového cyklu lze k testování projektu použít Mbed OS, Greentea a utest.

Odkazy a další informace

Reference jsou podkladovým technickým materiálem o API, architektuře a běhu kódu. Návody jsou pokyny krok za krokem, které ukážou, jak provádět konkrétní úkoly a řešit problémy. Průvodce ukazují výrobcům čipů, jak přenést Mbed OS.

  • APIs.
  • Quick start, průvodce vytvořením první aplikace
  • Reference, architektura kódu.
  • Tools, referenční materiál o nástrojích, které Mbed OS používá.
  • Tutorials.
  • Going to production, proces připojení zařízení Mbed OS k Pelion Device Management pro velkovýrobu
  • Contributing, pokyny, jak přispět do open-source projektu.
  • Porting guides, pro partnery a vývojáře, kteří mají zájem o přenos do operačního systému Mbed.

 

Hodnocení článku: