Při vývoji komplexního systému s bezdrátovou konektivitou je nutné počítat také s certifikací, která je sama o sobě časově náročná. Proto je vhodné použít vývojovou platformu od společnosti Digi, která poskytuje komplexní softwarové prostředí a optimalizované hardwarové řešení s před-certifikovanými bezdrátovými moduly.
Vlastní design vs. platforma
Koncoví uživatelé a konkurenční tlak stále zvyšují nároky na produkty, které musí obsahovat čím dál více funkcí. Nutností je spolehlivá konektivita, kybernetická i elektrická bezpečnost, EMC i nízká spotřeba. Zákazník očekává moderní design, minimální údržbu a pro zadavatele je klíčový levný vývoj, který trvá co nejkratší čas. Vývojový tým tak čelí mnoha požadavkům na mnoha různých frontách.
Pokud si zvolíme cestu vlastního designu pro bezdrátové připojení, je nutné počítat s delší dobu vývoje, jelikož není snadné odladit veškeré rušení a spolehlivý provoz komunikační linky. Navíc je nutné mít dostatečně vybavenou laboratoř a mít dostatečně kvalifikovaného pracovníka, který v daném oboru vyniká. Navíc se musí v poslední fázi vývoje počítat z certifikací, která není jednoduchá a zabere spoustu drahocenného času. Některé aplikace vyžadují speciální požadavky na bezpečnost (například lékařské přístroje) a znalost norem nebývá jednoduchá.
Pro řešení těchto problémů se nabízí řešení v podobě vývojové sady CC-WMX8MN-KIT ConnectCore 8M Nano od společnosti Digi. Sada poskytuje platformu na klíč, která je schopna splnit požadavky pro širokou škálu aplikací (obrázek 1).
Obrázek 1: Vývojová sada Digi CC-WMX8MN-KIT ConnectCore 8M Nano poskytuje vše potřebné k zahájení vývoje bezdrátových systémů s podporou HMI, zpracování zvuku / videa, edge computingu a strojového učení. (Zdroj obrázku: Digi)
Platforma nabízí řešení pro různé aplikace
Vývojová sada Digi CC-WMX8MN-KIT ConnectCore 8M Nano poskytuje komplexní hardwarovou platformu navrženou tak, aby zkrátila čas vývoje. Pomocí této sady lze snadno implementovat systémy, které jsou škálovatelné a mají integrované funkce pro HMI, zpracování zvuku / videa, edge computing, strojové učení a mnoho dalších. Vývojová sada Digi ConnectCore 8M Nano obsahuje dvoupásmovou anténu, připojovací kabel a napájecí zdroj. Čili vše potřebné, aby vývojáři mohli okamžitě začít vytvářet bezdrátové aplikace.
Stejně jako u ostatních vývojových sad Digi CoreConnect, vývojová sada ConnectCore 8M Nano je koncipováno jako vysoce integrované řešení System-on-Module (SoM). Vše je založeno na rodině procesorů i.MX processors od NXP Semiconductor s integrovaným jádrem ConnectCore SOMs pro multimédia, bezpečnost a kabelové připojení. Součástí je předcertifikované bezdrátové připojení a další funkce typické pro vestavěné aplikace.
Vývojová sada CC-WMX8MN-KIT využívá vlastnosti procesoru i.MX 8M Nano NXP, který je založený na čtyřech jádrech Arm Cortex-A53 a Cortex-M7 s až 8 GB Flash, 1 GB DRAM (LPDDR) a řadu dalších subsystémů (obrázek 2).
Obrázek 2: Vícejádrový procesor NXP i.MX 8M Nano obsluhuje paměť, konektivitu, zabezpečení a power management. (Zdroj obrázku: Digi)
SOM integruje bezpečnostní hardware CryptoAuthentication od Microchip Technology v podobě TrustZone jádra ARM Cortex-A53. CryptoAuthentication obsahuje kryptografický procesor, vysoce kvalitní generátor náhodných čísel a uložiště chráněných klíčů k provádění vysokorychlostních bezpečnostních algoritmů hash a infrastruktury veřejného klíče (PKI).
SoM podporuje gigabitový Ethernet (GbE), stejně jako předcertifikované 802.11 a / b / g / n / ac Wi-Fi a Bluetooth 5. Jednoduše lze přidat mobilní konektivitu pomocí modulů XBEE, které se jednoduše připojí skrz XBEE konektoru na desce CC-WMX8MN-KIT. SoM nabízí několik multimediálních rozhraní pro mikrofon, reproduktor, fotoaparát a displej. Integrovaná grafická procesorová jednotka a řadič displeje LCDIF umožňuje snadno přidat LCD panel například CC-ACC-LCDW-10, a tím rychle začít vytvářet HMI aplikace.
Důmyslný power management
Správa napájení ve složitém vestavěném systému jako je NXP i.MX 8M Nano není jednoduchá. Stejně jako u ostatních procesorů v této třídě, i.MX 8M Nano rozděluje své napájení do různých skupin. Napájení pro základní procesory (VDD_ARM a VDD_SOC), GPU (VDD_GPU), paměť (VDD_DRAM, NVCC_DRAM), zabezpečené energeticky nezávislé úložiště (NVCC_SNVS_1P8, VDD_SNVS_0P8) a několik dalších. Je nutné zajistit vhodné napájecí napětí pro každou skupinu, ale také dodávat a odebírat energii do/z každé skupiny v určitém časovém slotu (obrázek 3).
Obrázek 3: NXP i.MX 8M Nano rozděluje své subsystémy do samostatných energetických skupin, které vyžadují, aby byly jejich jednotlivé napájecí zdroje zapnuty v určitém pořadí při spuštění. (Zdroj obrázku: NXP Semiconductor)
Ve skutečnosti vyžaduje Digi ConnectCore i.MX 8M Nano SoM pouze dvě vstupní napájecí napětí a používá integrovaný obvod BD71850MWV (PMIC) od ROHM Semiconductor pro power management, který je speciálně navržen pro podporu procesoru NXP i.MX 8M Nano. ROHM BD71850MWV má integrovány několik buck a low dropout (LDO) regulátorů, které dodávají kompletní sadu napájecích úrovní z primárního 5V napájecího zdroje VSYS (Obrázek 4).
Obrázek 4: ROHM BD71850MWV PMIC je navržený speciálně pro napájení procesoru NXP i.MX 8M Nano. Poskytuje kompletní sadu napájecích úrovní požadovaných procesorem i dalšími subsystémy. (Zdroj obrázku: ROHM Semiconductor)
Přestože BD71850MWV spravuje sekvence zapnutí a vypnutí daných napájecích skupin, Digi přidává další úroveň řízení napájení určené pro optimalizaci celkové spotřeby energie a zachování spolehlivosti systému. Digi Microcontroller Assist (MCA) využívá pro správu napájení na úrovni systému mikrokontroler Kinetis KL17 MKL17Z64VDA4 od NXP. Kinetis KL17 MCU je postaven na jádru Arm Cortex-M0+ a díky tomu spotřebovává pouze 46 μA na 1 MHz v režimu very-low-power a 1,68 μA v režimu stop, při kterém se udržuje v chodu paměť a funkce hodin reálného času (RTC).
I když je systém v režimu spánku, v MCA běží firmwware, a v případě potřeby pomocí přerušení probudí systémový procesor NXP i.MX 8M Nano. Dále může snížit spotřebu například tím, že Digi zakáže RTC systémového procesoru a systém bude používat RTC s nižší spotřebou integrovanou do MCA. Vývojáři mohou pomocí 12bitového analogově-digitálního převodníku (ADC) v MCA sledovat externí události a generovat přerušení, které probudí systémový procesor pouze v případě potřeby. Firmware MCA obsahuje tři řadiče PWM pro externí operace.
Při spuštění systému začne MCA běžet, jakmile dostane energii. Po programovatelném zpoždění spustí MCA zase BD71850MWV PMIC, který provede výše popsanou sekvenci zapnutí i.MX 8M Nano. Obnovení systému nebo přechod z úsporných režimů s nízkou spotřebou funguje podobně jako obnovení napájení koordinující MCA s PMIC a procesorem.
Integrované softwarové prostředí Linux
Vývojová sada Digi CC-WMX8MN-KIT využívá rozsáhlou hardwarovou základnu k poskytnutí softwarového prostředí Digi Embedded Yocto (DEY) s otevřeným zdrojovým kódem. Distribuce Linuxu Yocto Project rozšiřuje tuto základní distribuci o další funkce, a to o podporu balíčku (BSP), která je určená speciálně pro podporu hardwarové platformy Digi (obrázek 5).
Obrázek 5: Digi Embedded Yocto rozšiřuje základní distribuci Yocto Project Linuxu o podporu balíčku (BSP) pro hardware Digi. (Zdroj obrázku: Digi)
Digi poskytuje bezpečnostní funkceTrustFence určené přímo pro zařízení s Linuxem. Díky funkcím autentizace a správy identit sahají služby TrustFence od nízkoúrovňové kontroly přístupu k interním a externím I / O portům až po podporu na vysoké úrovni pro zabezpečená síťová připojení a bezpečné spouštění ověřených obrazů firmware. Přestože tyto funkce nejsou momentálně na modulu ConnectCore 8M Nano podporovány, Digi TrustZone v příští verzi tuto podporu již bude obsahovat.
Kromě zabezpečení a správy na úrovni jednotlivých zařízení je vhodné používat nástroj pro monitorování celé flotily zařízení. K tomu slouží Digi Remote Manager s cloudovou službu určenou k monitorování stavu jednotlivých zařízení, správy konfigurace a aktualizací firmware. Pomocí Digi Remote Manager mobilní aplikace nebo software pro stolní počítač lze zobrazit podrobnosti o provozu jednotlivých zařízení, včetně jejich stavu, jednotlivých výstrah, stavu připojení a síly signálu (obrázek 6).
Obrázek 6: Cloudová služba Digi Remote Manager umožňuje sledovat a spravovat celou řadu IoT zařízení přímo v terénu ze stolního nebo mobilního zařízení. (Zdroj obrázku: Digi)
Kromě monitorovacích funkcí umožňuje Digi Remote Manager aktivněji spravovat data pomocí API rozhraní. Díky těmto funkcím lze restartovat zařízení, nahrávat soubory, provést hromadný firmware a software update.
Závěr
Poptávka po komplexních aplikacích v průmyslových, lékařských, dopravních a zemědělských segmentech trhu zvyšuje požadavky na složitější design vestavěných systémů. Požadavky na certifikaci pro přidružené bezdrátové subsystémy také komplikují a zpomalují vývoj dané aplikace. Tyto problémy se dají vyřešit použitím vývojové sady od společnosti Digi. Jedná se o komplexní softwarové prostředí a optimalizovanou hardwarovou platformu s předcertifikovanými bezdrátovými moduly. Díky tomu lze snadněji a rychleji dodávat výkonná bezdrátová systémová řešení.
Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com, autorem je Stephen Evanczuk.
