Acest articol analizează posibilitatea prin care proiectanții IoT își pot realiza rapid prototipuri de produse folosind kitul STMicroelectronics B-L4S5I-IOT01A Discovery pentru noduri IoT. Sunt examinate capabilitățile microcontrolerului inclus pe placă, multitudinea de senzori și de opțiuni de configurare, precum și modul de conectare la Amazon Web Services (AWS) pentru a începe rapid să își construiască prototipul și produsul final.
Figura 1: B-L4S5I-IOT01A se bazează pe un procesor Arm Cortex-M4 care funcționează la o frecvență de până la 120 MHz, cu 2 Mbytes de memorie flash, 640 Kbytes de memorie RAM, conectivitate wireless și senzori multipli. (© STMicroelectronics) ▶
Pe măsură ce dispozitivele devin din ce în ce mai conectate la Internetul Lucrurilor (IoT), dezvoltatorii care pornesc de la zero își dau seama că încă nu este atât de simplu pe cât credeau, în special dacă termenele de implementare sunt strânse și costurile sunt limitate. De la alegerea unui mediu de dezvoltare de încredere, sigur și bine susținut până la selectarea software-ului și hardware-ului compatibil, se pare că proiectarea și construirea unui dispozitiv IoT necesită, totuși, o gamă largă de competențe.
Dezvoltatorii au nevoie din ce în ce mai mult de acces facil la soluții sigure, biblioteci de conectivitate la cloud, un RTOS și o platformă de dezvoltare hardware și software compatibilă, care oferă senzori ușor de integrat, toate într-un singur pachet scalabil.
Prezentarea kitului B-L4S5I-IOT01A Discovery pentru noduri IoT
Placa B-L4S5I-IOT01A Discovery este o placă de dezvoltare unică, ce poate fi utilizată pentru a realiza prototipuri pentru aproape orice dispozitiv IoT embedded (Figura 1). Placa are suficientă putere de procesare, senzori și posibilități de extindere pentru a face ca orice dezvoltator de dispozitive embedded să viseze cu ochii deschiși la aplicațiile pe care le-ar putea construi. Placa B-L4S5I-IOT01A se bazează pe procesorul cu consum redus de putere Arm® Cortex®-M4 STM32L4S5VIT6 care rulează la 120 megahertzi (MHz) și este susținut de 2 megaocteți (Mbytes) de memorie flash de program și 640 kiloocteți (Kbytes) de RAM. STM32L4S5VIT6 dispune, de asemenea, de caracteristici ideale pentru aplicațiile IoT, precum:
- O unitate în virgulă mobilă (FPU)
- Un controler DMA (Dynamic Memory Access) cu 14 canale
- Un accelerator hardware pentru criptare AES și HASH
- Funcții grafice avansate
- Punctaj de referință energetică: 233 ULPMark CP
Puterea de procesare și eficiența energetică nu garantează, în sine, că este vorba de o platformă excelentă pentru prototipare rapidă. Placa Discovery vine, în plus, cu conectivitate wireless sub forma unui modul Wi-Fi compatibil 802.11b/g/n (ISM43362-M3G-L44) de la Inventek Systems și a unui modul Bluetooth 4.1 de la STMicroelectronics, precum și cu o gamă de senzori. Printre aceștia se numără două microfoane digitale omnidirecționale MP34DT01, un senzor digital capacitiv HTS221 pentru umiditate relativă și temperatură și un magnetometru cu trei axe de înaltă performanță LIS3MDL.
Lista de mai sus nu este în niciun caz completă: o descriere mai detaliată poate fi găsită aici. În continuare, este important să examinăm instrumentele software și stivele disponibile pentru a accelera dezvoltarea.
Figura 2: STM32CubeIDE pune la dispoziția dezvoltatorilor un IDE pentru a crea, configura și gestiona software-ul încorporat al dispozitivului IoT. (© Beningo Embedded Group)
Ecosistemul STM32
Ecosistemul care însoțește orice placă de dezvoltare determină dacă o echipă poate crea rapid un prototip sau nu. De exemplu, pentru a prototipa un dispozitiv IoT cu B-L4S5I-IOT01A, dezvoltatorii au nevoie de acces la un compilator, un mediu de dezvoltare integrat (IDE), biblioteci pentru drivere, instrumente de configurare și software pentru actualizări de firmware. Placa Discovery B-L4S5I-IOT01A suportă toate aceste nevoi.
Mulți dezvoltatori folosesc Eclipse și compilatorul GNU C pentru mediul lor de dezvoltare. STMicroelectronics oferă un instrument gratuit, STM32CubeIDE (Figura 2), care permite dezvoltatorilor să scrie și să își construiască proiectele software. STM32CubeIDE permite accesul, prin diverse perspective, la un mediu de dezvoltare software, la un instrument de configurare a microcontrolerului și la un mediu de depanare.
STM32CubeIDE nu numai că oferă o modalitate de a crea, construi și gestiona proiecte software, dar are și o interfață cu STM32CubeMx. STM32CubeMx este un instrument de configurare a microcontrolerului, care permite dezvoltatorilor să configureze structura de ceas a sistemului, perifericele, senzorii și middleware-ul. Dezvoltatorii își configurează setările, iar apoi lanțul de instrumente generează driverele și fișierele de configurare, reducând considerabil timpul de dezvoltare și ajutând proiectantul să se concentreze pe codul aplicației sale și nu pe codul de infrastructură standard.
Dincolo de configurarea și implementarea unui cod de bază, ecosistemul STM32 este însoțit de mai multe instrumente utile pentru dezvoltatorii care lucrează la vârf. De exemplu, dezvoltatorii, care doresc să valorifice învățarea automată în aplicațiile lor, pot utiliza extensia STM32Cube.AI X-CUBE-AI, care oferă echipelor un cadru simplificat pentru convertirea, validarea și rularea inferențelor pe STM32. De exemplu, dezvoltatorii pot antrena un model utilizând TensorFlow Lite și apoi pot converti modelul în doar câteva minute în cod C care rulează pe microcontroler. În plus, există pachete de extensie cu software gata de execuție care include:
- FP-AI-FACEREC pentru aplicații de recunoaștere facială
- FP-AI-NANOEDG1 pentru aplicații de monitorizare a stării de sănătate
- FP-AI-VISION1 pentru aplicații de clasificare a imaginilor
- FP-AI-SENSING1 pentru aplicații de clasificare audio și a scenelor
Fiecare dispozitiv IoT ar trebui să ia în considerare securitatea, chiar și în timpul fazei de prototipare rapidă. Internetul de astăzi este plin de atacuri non-stop, de breșe de securitate precum și de exploatări ale datelor de afaceri și ale clienților. Prin urmare, orice platformă de prototipare rapidă ar trebui să aibă abilitatea de a se transforma într-un sistem de producție în mod eficient. Placa Discovery poate utiliza stive software SBSFU (Secure Boot Secure Firmware Update) de la STMicroelectronics pentru a oferi dezvoltatorilor această capabilitate. SBSFU este disponibil în pachetul de funcții X-CUBE-SBSFU, care oferă:
- Servicii Root-of-trust (RoT) (rădăcină de încredere)
- Servicii de management securizat al cheilor
- Scheme criptografice
- Servicii de actualizare securizată a firmware-ului
Ecosistemul care susține placa Discovery B-L4S5I-IOT01A este bogat, cu multe pachete de funcții și instrumente disponibile pentru a ajuta dezvoltatorul să înceapă lucrul rapid. Mulți dezvoltatori IoT sunt interesați de pachetul X-CUBE-AWS, care oferă tot ce este necesar pentru conectarea la cloud atunci când se utilizează AWS. Să examinăm modul în care un dezvoltator ar putea face acest lucru.
Figura 3: X-CUBE-AWS oferă firmware-ul și exemplele de aplicații necesare pentru conectarea la AWS și pentru a dezvolta un dispozitiv IoT capabil să se conecteze la AWS. (© STMicroelectronics)
Conectarea la cloud
Pentru conectarea la cloud, un dezvoltator trebuie să descarce X-CUBE-AWS. Pachetul software vine sub forma unui fișier zip cu mai multe proiecte destinate să ruleze pe B-L4S5I-IOT01A, cum ar fi:
- Bootloader_KMS
- Bootloader_STSAFE
- Cloud
Aceste proiecte sunt localizate sub: Projects/B-L4S5I-IOT01A/Applications/
Proiectul AWS Cloud se găsește la: Cloud/aws_demos
Proiectul cloud este disponibil pentru STM32Cube IDE, Keil și IAR. Desigur, un dezvoltator ar putea să le porteze pe alte IDE-uri, dar aceste trei sunt utilizate, în mod obișnuit, în industrie.
Un dezvoltator nu trebuie să se gândească cum să-și pună în funcțiune proiectul de unul singur. Există o serie de documente utile care îl pot ajuta să lanseze proiectul rapid. În primul rând, în directorul principal al proiectului, există un fișier Release_Notes.html. Acest fișier conține informații generale despre proiect, împreună cu limitări și referințe importante.
Apoi, există un ghid de inițiere care descrie cum să vă conectați la AWS folosind proiectul. Acest document descrie cum să vă conectați la AWS împreună cu informații despre stivă și software (Figura 3). De asemenea, documentul descrie în detaliu stivele de software, ceea ce poate ajuta un dezvoltator să înțeleagă cum este organizat și modificările care vor fi necesare pentru a conecta dispozitivul la cloud.
Cel mai simplu mod de a vă conecta la cloud este să parcurgeți documentul Getting Started și să urmați tutorialul. Pe lângă tutorial, există mai multe surse de referință suplimentare pe care dezvoltatorii le pot utiliza pentru a se familiariza cu pachetul software, printre care se numără:
- FreeRTOS Următorii pași
- Ghidul utilizatorului pentru actualizări OTA
- Configurarea contului și a acreditărilor IoT Core
Cu ajutorul acestor documente, dezvoltatorii pot începe rapid să ruleze o aplicație cloud care poate fi utilizată ca bază pentru propria lor aplicație pentru dispozitive IoT.
Sfaturi și trucuri pentru utilizarea plăcii Discovery Board B-L4S5I-IOT01A
Placa Discovery Board B-L4S5I-IOT01A oferă multe caracteristici și capabilități pe care dezvoltatorii le pot folosi pentru a realiza rapid prototipuri ale produselor lor embedded. Mai jos sunt câteva “sfaturi și trucuri” pe care dezvoltatorii ar trebui să le aibă în vedere și care pot simplifica și accelera dezvoltarea lor, cum ar fi:
- Profitați din plin de X-CUBE-AWS pentru a vă conecta cu ușurință la AWS. Pachetul software vine cu FreeRTOS deja portat pe placa de dezvoltare; proiectanții trebuie doar să provizioneze dispozitivul pentru a se conecta la cloud.
- Citiți cu atenție documentația de inițiere. Aceasta cuprinde pașii necesari pentru a efectua o actualizare a firmware-ului și pentru a vă conecta la AWS.
- Testați exemplul referitor la capabilitățile de actualizare OTA (over-the-air). Necesitatea de a corecta și actualiza dispozitivele IoT pe teren este una critică. Dezvoltatorii ar trebui să fie conștienți de capabilitățile și eventualele limitări ale actualizărilor securizate ale firmware-ului.
- Evitați să începeți de la zero profitând de pachetele de funcții ale STMicroelectronic, care îi ajută pe dezvoltatori să obțină un start rapid în ceea ce privește capabilitățile și funcționalitatea dispozitivelor. Aceste pachete de funcții pot accelera considerabil dezvoltarea.
- Alocați-vă timp pentru a citi documentația STSAFE pentru a înțelege modul în care elementele securizate pot îmbunătăți securitatea dispozitivului. Este necesar ca securitatea să fie încorporată într-un dispozitiv de la început, așa că este obligatoriu să o faceți în timpul fazei de prototipare rapidă.
Dezvoltatorii care urmează aceste “sfaturi și trucuri” vor descoperi că economisesc destul de mult timp și efort pe parcursul prototipării aplicației lor.
Concluzie
Dezvoltarea de la zero a unui dispozitiv conectat IoT prezintă încă multe obstacole și capcane care pot întârzia programele și pot duce la depășiri de costuri. Pentru a evita aceste probleme, dezvoltatorii pot profita de placa Discovery Board B-L4S5I-IOT01A pentru a prototipa rapid aplicațiile lor conectate. Stivele software, pachetele de expansiune și ecosistemul STMicroelectronics oferă dezvoltatorilor un centru unic pentru integrarea facilă a software-ului și accelerarea implementării. B-L4S5I-IOT01A este, de asemenea, capabilă în totalitate să răspundă nevoilor dispozitivelor moderne, cum ar fi conectivitatea la cloud, inițializarea securizată a firmware-ului cu OTA și chiar rularea aplicațiilor de bază de învățare automată.
Autor: Rolf Horn – Inginer de aplicații
Rolf Horn, face parte din grupul European de Asistență Tehnică din 2014, având responsabilitatea principală de a răspunde la întrebările venite din partea clienților finali din EMEA referitoare la Dezvoltare și Inginerie, precum și la scrierea și corectarea articolelor și postărilor de pe platformele TechForum și https://maker.io ale firmei Digi-Key pentru cititorii din Germania. Înainte de Digi-Key, el a lucrat la mai mulți producători din zona semiconductorilor, cu accent pe sistemele embedded ce conțin FPGA-uri, microcontrolere și procesoare pentru aplicații industriale și auto. Rolf este licențiat în inginerie electrică și electronică la Universitatea de Științe Aplicate din Munchen, Bavaria. Și-a început cariera profesională la un distribuitor local de produse electronice în calitate de Arhitect pentru Soluții de Sistem pentru a-și împărtăși expertiza și cunoștințele în calitate de consilier de încredere.
Hobby-uri: petrecerea timpului cu familia + prietenii, călătoriile (cu rulota familiei VW-California) și motociclismul (pe un BMW GS din 1988).
Digi-Key Electronics | https://www.digikey.ro
