Design-Praxis / Embedded Software OTA-Schnittstellen für µC-Apps

Bild 9: Hardware-Versuchsaufbau.

Bei Embedded-Systemen führt der Weg zur Aktualisierung oft nur über die Funkschnittstelle. Der Beitrag beleuchtet die Softwareentwicklung solcher OTA-Updates hinsichtlich ihrer erforderlichen Kompromisse.

Viele Embedded-Systeme sind für Anwender räumlich schwierig oder gar nicht zugänglich. Insbesondere gilt dies für IoT-Anwendungen mit begrenzter Batterielaufzeit, wie beispielsweise Embedded-Systeme zur Zustandsüberwachung. Die geforderten, oft sehr kurzen, Softwareupdate-Zyklen bedingen dann eine Aktualisierungen über die Luftschnittstelle (Over-the-Air, OTA). Während die meisten modernen Mobilgeräte standardmäßig OTA-Update-fähige Schnittstellen besitzen, bringt die Entwicklung und Implementierung einer drahtlosen Schnittstelle bei ressourcen-beschränkten Geräten, gleich mehrere Herausforderungen mit sich.

Funktionsblöcke Server und Client

Ein OTA-Update ersetzt die aktuelle Software auf einem Gerät mit der neuesten Version, die drahtlos aus der Cloud bezogen wird. Im Embedded-System läuft diese Software üblicherweise auf einem Mikrocontroller,
der einen Mikroprozessor (Core) sowie digitale Hardware-Blöcke für bestimmte Operationen (Peripherie), integriert. Mikrocontroller mit äußerst geringer Leistungsaufnahme, die im aktiven Betrieb nur 30 bis 40 µA/MHz aufnehmen, sind für diese Anwendungen ideal. Eine wichtige Entwicklungsaufgabe für OTA-Updates ist es, spezifische Hardware-Peripherie an diesen Mikrocontroller in einer Betriebsart mit geringer Stromaufnahme zu koppeln. Ein Beispiel für ein OTA-Update-bedürftiges Embedded-System zeigt (Bild 1, oben).

Gezeigt ist ein Mikrocontroller mit angeschlossenem Funksystem und Sensor. Das System könnte Teil einer IoT-Anwendung sein, die Sensordaten aus der Umgebung sammelt und periodisch weiterfunkt.

Dieser Systembereich, Knoten am Netzwerkrand (Edge Node) oder Client genannt, ist das Ziel des OTA-Updates. Der andere Bereich des Systems, als Cloud oder Server bezeichnet, stellt die Update-Quelle. Server und Client kommunizieren drahtlos über Transceiver.