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Newcomer Gainspan lehrt Wi-Fi das Stromsparen

Mit Low-Power-Wi-Fi ins »Internet of Things«

14. November 2011, 13:25 Uhr | Willem Ongena

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Leistungshungrige Aufgaben auf den Accesspoint verlagern

Auf diese Weise können Low-Power-Knoten miteinander oder mit anderen Netzwerkgeräten kommunizieren, wobei die leistungshungrige »Always-On«-Paketbuffer-Funktion vom Accesspoint übernommen wird. Ein solcher Knoten kann auch asynchron »aufgeweckt« werden, indem Eingangspins zu Alarm- oder Eventeingängen definiert werden, um mit unvorhergesehenen Ereignissen umzugehen, die eine schnelle Reaktion erfordern.

Schließlich verfügt das System noch über einen Ultra Low-Power Standby-Zustand, um die Energieaufnahme in vorhersehbaren Idle-Phasen weiter zu senken. Dann ist nur noch der RTC-Block aktiv und der Verbrauch sinkt auf wenige Mikrowatt. Der Timer im RTC ermöglicht nun das »Aufwachen« des gesamten Chips in programmierbaren Intervallen.

Mit der Strategie des raschen Wechsels zwischen Aktiv- und Idle-Betriebszuständen ist zwar ein gewisser Aufwand verbunden, weil flüchtige Daten im Idle-Zustand verloren gingen und also samt eines Konfigurationskontextes jedes Mal gesichert werden müssen, doch ist die Energiebilanz deutlich positiver im Vergleich zu konventionellen Verfahren, bei denen eine Host-CPU über USB oder Cardbus die Wi-Fi-Schnittstelle bedient.

Mittels hoher Integration lässt sich also ein Wi-Fi-System schaffen, das während der Datenübertragungsperioden (bei niedriger Latenzzeit) viel leistet, bei Inaktivität aber sehr effizient seinen Stromverbrauch senkt. Der Einsatz solch eines integrierten Systems kann substantielle Vorteile beim Low-Power-Betrieb bringen, ohne dabei die Wi-Fi-Performance zu beinträchtigen.

Zwei Entwicklungsplattformen

Das SoC GS1011 SoC bzw. das Modul GS1011M Modul hat zwei verschiedene Betriebsmodi: Der »Quick Approach« ist die Steuerung der WiFi-Komponente mit so genannten AT-Kommandos über die UART-Schnittstelle, ähnlich wie es früher bei Hayes-kompatiblen Modems gängige Praxis war. Mit nur wenigen Befehlen lässt sich z.B. ein Ad-hoc-Netz einrichten und der Webserver auf dem SoC starten. Die zweite Methode setzt (ohne AT-Kommandos) direkt an der IP-2-WiFi-API an. Dabei werden ebenfalls über die serielle Schnittstelle Funktionsaufrufe ausgegeben. Bei dieser Methode ist aber ein TCP/IP-Stack auf dem eigenen Host-Prozessor notwendig.

Die Produktentwicklung mit den Gainspan-SoCs oder -Modulen kann daher »hochsprachlich« über Skripte mit AT-Kommandos erfolgen oder durch Softwareentwicklung für den Applikationsprozessor. Für beide Strategien bietet Gainspan Entwicklungsplattformen an. Das preisgünstigere EVK ist das Serial-2-Wi-Fi Evaluation Kit, im Wesentlichen bestehend aus HW-Plattform, Accesspoint und umfangreicher Dokumentation. Hierbei sind Wi-Fi-Stack und andere Komponenten des SoCs nur als Binaries verfügbar, können also nicht selbst modifiziert werden.

Für Anwendungsentwicklungen die eine Anpassung des Stacks oder gar des RTOS benötigen, bietet Gainspan ein SDK in zwei Varianten an, das sich auf eine Umgebung von Greenhills Software stützt, von der auch wesentliche SW-Komponenten der Gainspan-Lösung stammen.