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Mit linuxfähigem Hybridsystem in die Cloud


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Eine Fallstudie aus der Praxis

Ein Hersteller von Heizungssystemen will sein seit Jahren im Markt erfolgreiches System mit einer zeitgemäßen Benutzerschnittstelle und einer zeitgemäßen APP-Steuerung für Smartphones ausstatten. Die derzeitige Benutzerschnittstelle am Gerät erinnert an die eines Gigaset-Telefons aus den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts. Zusätzlich soll noch eine direkte Cloud-Einbindung das bisherige proprietäre, bei den Heizungsbauern nicht sonderlich beliebte Fernwartungssystem ersetzen und mit neuen Funktionen erweitern. Die Steuerung selbst basiert auf der STM32-Architektur und läuft an sich völlig problemlos. Was fehlt, ist eine »smarte« Datenauswertung und darauf basierende Mehrwertangebote. Aktuell wird die Fernwartung über ein optionales, aufgrund geringer Stückzahlen in der Herstellung teures externes Gateway durchgeführt, das über ein eigenes serielles Interface auf den internen Datenbus der Heizungssteuerung zugreift. Installateure und Kunden sind mit der Performance des Datenzugriffs nicht zufrieden.

Ein komplettes Redesign des Systems würde einige Personenjahre an Aufwand für Hard- und Software kosten und längere Entwicklungs- und Testzeiten erfordern, während ein Mitbewerber bereits kurz vor der Einführung seines neuen Systems steht. Komplett an einen EMS-Anbieter outsourcen will man das Projekt nicht, um Arbeitsplätze und Know-how in der Firma zu halten. Man entscheidet sich, ein Redesign der bestehenden Steuerung mit dem neuen STM32MP 157 zu machen und die Peripherie nur soweit wie nötig zu aktualisieren (Ersatz von abgekündigten Bauelementen; Umstellung auf Langzeit-Verfügbare Ersatzkomponenten). Der bestehende Embedded Controller wird komplett durch das DHCOR STM32MP157C-Modul ersetzt. Während das aktuelle HW-Schaltung sdesign noch läuft, wird die Software bereits auf einem Entwicklungssystem portiert. Die Steuerungssoftware des alten STM32-Controllers wird in wenigen Tagen auf dem neuen System implementiert und getestet und funktioniert problemlos. Auch die vorintegrierte Kommunikation zwischen MCU und MPU funktioniert mit effizienter Unterstützung durch den Modullieferanten problemlos.

Bei Cloud-Anbindung und Smartphone-Interface entscheidet man sich aus Gründen der Langzeit-Verfügbarkeit und Wartung für kommerzielle Stacks bzw. Software und die Prototypen funktionieren innerhalb weniger Tage. Das User-Interface wird mit Toolkit und Support des Display-Lieferanten kurzfristig fertiggestellt. Datenanalyse und neue Mehrwertfeatures aus der Cloud-Anbindung können in Zusammenarbeit mit einer IT-Firma aus dem Ökosystem des Cloud-Anbieters kurzfristig geplant und implementiert werden.

Alles läuft wie geplant, es gibt keine Überraschungen. Die neue Hardware wird in Rekordzeit fertig und funktioniert. Alle sind froh und zufrieden, dass man die ausgereifte und bewährte Steuerungssoftware auch im neuen System weiter verwenden kann. Die umfangreichen Datenanalyse-Möglichkeiten in der Cloud werden mittel- und langfristig neue und zusätzliche Geschäftsmodelle ermöglichen und die Kundenbindung stärken. Smart-Home Features können dank Standard-Linux leicht und schnell integriert werden.

Das Auflötmodul DHCOR STM32MP15x

Auf einer Grundfläche von lediglich 29 mm × 29 mm verbindet das DHCOR STM32MP15x Modul mit den Prozessoren der brandneuen STM32MP1-Familie den ebenso weit verbreiteten wie bewährten Prozessor Cortex-M4 mit einem oder zwei Cortex-A7-Kernen sowie optional einer speziellen Hardware-Kryptoeinheit und/oder einer 3D-Grafikeinheit mit HD-Auflösung. Zusätzlich finden noch bis zu 1 GB DDR3-Memory, Power-Management-IC (PMIC), und 2 MB SPI-Boot-Flash auf dem Modulplatz.

Relevante Anbieter

DH Electronics
Bild 3. DH picoITX2 industrielles Trägerboard mit DHCOM STM SODIMM-200 bestückt.
© DH Electronics

Damit erhält die STM32-Gemeinde eine einfache Möglichkeit, ihre Embedded Mikrocontroller-Projekte unkompliziert und softwarekompatibel um skalierbare, Linux- und ethernet-fähige Hardware, und bei Bedarf auch um eine 3D-GPU und/oder eine leistungsfähige Hardware-Kryptoeinheit zu erweitern. Dies alles gut skalierbar, vorintegriert mit passenden Linux-BSPs und zu einem attraktiven Preis.

Im Gegenzug erhalten IoT-Entwickler einfachen Zugang zum weit verbreiteten STM32-Ökosystem und dessen »deeply« Embedded Genen. Besonders hervorzuheben sind die Analogperipherie, die 37 Kommunikationsschnittstellen und zeitgemäßen Kryptografie-Beschleuniger. Details finden sich in [1].
Unterm Strich ergibt sich damit ein typischer Leistungsbedarf von rund einem Watt. Die optional verfügbare Hardware-Kryptoeinheit ermöglicht höchste Sicherheit für IoT-Anwendungen bei geringster Stromaufnahme. Eine WLAN- oder Bluetooth Funkschnittstelle kann bei Bedarf leicht auf dem Träger-Board integriert werden. Durch seine geringe Leistungsaufnahme eignet sich das SOM damit besonders gut für Langzeit-Batteriebetrieb und IoT-Anwendungen.

Die 271 Pins des auflötbaren Moduls (LGA) führen alle Peripheriesignale des Prozessors zur Trägerplatine. Die Pin-intensive DRAM-Anbindung erfolgt bereits direkt auf dem SOM. So können auch komplexe Systeme einfach und kostengünstig entwickelt werden, da der EMV- und Layout-sensitive Teil bereits auf dem Modul vorintegriert ist. Direktes Auflöten des DHCOR SOMs erhöht die Betriebssicherheit in rauen Umgebungen und spart platz- und kostenintensive Board-to-Board-Verbinder.

Alternativ dazu bietet DH electronics ein SOM für industriellen Einsatz der STM32MP1-Familie im bewährten SODIMM-200 Formfaktor an. Dieses bietet neben all den gängigen bedrahteten Schnittstellen auch ein Dual-Band-WiFi 802.11 a/b/g/n und mesh-fähiges Bluetooth 5 sowie Zigbee bzw. Thread an. DHCOR Auflötmodule und DHCOM Aufsteckmodule für die STM32MP1 Familie sind 100 % softwarekompatibel, so dass das SODIMM-200 Modul, wie bei DH electronics üblich, als kostengünstiges Entwicklungs- und Referenzsystem genutzt werden kann.

DH electronics bietet für seine DHCOM Module umfangreiches Zubehör bis hin zum kompletten, industrietauglichen Pico-ITX Träger-Board an (Bild 3). Als Betriebssystem werden Linux Distribution-Debian als auch Yocto unterstützt. (fr)

Referenzen

1] Riemenschneider, F. et al.: ST Microelectronics verbindet MCU mit MPU. DESIGN&ELEKTRONIK 4/2019, S. 12 ff.


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  2. Eine Fallstudie aus der Praxis

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