Das Internet of Things (IoT) hat sich zweifellos zu einer großen disruptiven Kraft in der Elektronikindustrie entwickelt. Die Auswirkungen des IoT sind in praktisch allen Marktsektoren zu sehen, von B2B bis B2C. Während Fitness-Tracker und viele andere verbundene Geräte bei technisch versierten Verbrauchern sehr beliebt geworden sind, ist die Einführung von IoT für industrielle Anwendungen ebenso beeindruckend und verspricht viele geschäftliche Vorteile. Unternehmen sind bereit, traditionelle Geschäftsabläufe zu rationalisieren und jeden möglichen Cent davon zu ernten, und das IoT kann in dieser Hinsicht eine große Hilfe sein. Die IoT-fähige Erfassung großer Mengen von Betriebsdaten, sogenannter „Big Data“, eröffnet auch neue Geschäftsmodelle für die Bereitstellung von Dienstleistungen, die zuvor undenkbar waren.
Überraschend ist nicht nur die Vielfalt an Nicht-IoT-Anwendungen, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der sie auf den Markt gebracht werden. Ob für B2C- oder B2B-Entwicklungen, die Fähigkeit, neue Geschäftsmodelle einzuführen, neue Partnerschaften aufzubauen, First-Mover-Vorteile zu nutzen und weit verbreitete Ökosysteme zu schmieden, hängt weitgehend davon ab, ob Sie Ihre Hardware-Designs auf den Markt bringen.
Entwickler eingebetteter Systeme stehen vor einer Reihe von technischen Herausforderungen, um ihre energieeffizienten, hochfunktionalen und drahtlosen Designs in einem viel kürzeren Zeitrahmen auf den Markt zu bringen, als bisher als realistisch angesehen wurde. Kein Wunder also, dass Ingenieure versuchen, die Herangehensweise an die IoT-basierte Entwicklung radikal zu ändern.
Die meisten IoT-Anwendungen haben ähnliche Komponenten, d. h. mehrere Edge-Knoten (Sensoren), ein Gateway (um sowohl die Nah- als auch die Fernkommunikation zu erleichtern) und einen Cloud-basierten Dienst oder eine Anwendungsanalyse. Die Einhaltung offener Systemstandards ist zu einem wesentlichen Merkmal jedes IoT-Designs geworden; Dies ist eine Möglichkeit, die plattformübergreifende Kompatibilität und eine breite Marktakzeptanz von Perimeterknotensensoren sicherzustellen, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind.
Unabhängig von der Art der Anwendung haben auch Edge-Knoten tendenziell die gleichen Grundelemente. Dazu gehören die Möglichkeit, sich mit einem oder mehreren Sensoren zu verbinden; eine integrierte Verarbeitungskapazität; kabellose Verbindung; die Fähigkeit, „leichtgewichtige“ IoT-Protokolle wie MQTT zu unterstützen; und schließlich Geräte- und Kommunikationssicherheitsfunktionen. Die physische Größe des Geräts ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Natürlich gibt es bei jedem dieser Elemente eine ganze Reihe zusätzlicher Überlegungen und Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise sind viele IoT-Geräte batteriebetrieben, was erfordert, dass Verarbeitungs- und drahtlose Komponenten ein sehr niedriges Stromverbrauchsprofil aufweisen. Bei dieser ständigen Suche nach einem anderen Ansatz zum schnellen Erstellen eines IoT-Designs haben sich viele interne Entwickler der wachsenden Zahl von Single Board Computers (SBCs) zugewandt, die eine breite Palette von Funktionen bieten, um Ihr IoT zu beschleunigen Entwurf. Obwohl es eine Vielzahl von SBCs gibt, die potenzielle Kandidaten sein könnten, sollten Entwickler die technischen Anforderungen ihres Designs sorgfältig prüfen und sie mit den Standardfunktionen verfügbarer SBCs vergleichen.
Ein Beispiel für einen neu veröffentlichten SBC könnte das in Abbildung 1 gezeigte Intel Edison-Modul sein. Dieses kompakte Modul ist nur 35,5 x 25,0 x 3,9 mm groß und enthält eine beeindruckend umfassende Reihe von Funktionen. Das Edison-Modul in Briefmarkengröße beherbergt ein Intel-SoC-Gerät, das sowohl eine Dual-Core-Dual-Thread-Intel-Atom-CPU mit 500 MHz als auch einen 32-Bit-Intel-Quark-Mikrocontroller mit 100 MHz und 1 GB enthält RAM, 4 GB Flash-Speicher und 40 konfigurierbare GPIO-Pins erfüllen sicherlich die Verarbeitungsattribute, die für die meisten IoT-Designs erforderlich sind. Die GPIOs können als bis zu 20 digitale Eingangs-/Ausgangs-PWM-Schnittstellen, bis zu 6 analoge Eingangsschnittstellen oder UART-, SPI- und USB-Schnittstellen konfiguriert werden.
Das Edison-Modul, das mit 1,8 VDC betrieben wird, ist gut positioniert für den Einsatz in batteriebetriebenen tragbaren Designs. Der Edison hat jedoch viel mehr zu bieten und erfüllt oder übertrifft problemlos die für ein IoT-Design erforderlichen Mainframe-Konnektivitäts- und Verarbeitungsanforderungen. Sowohl 802.11 a/b/g/n Wi-Fi-Konnektivität als auch Bluetooth 4.0 sind standardmäßig vorhanden. Die Unterstützung für das Profil Bluetooth Low Energy (BLE) wird in Kürze verfügbar sein. Abbildung 2 zeigt ein grundlegendes Blockdiagramm des Intel Edison-Moduls. Das SoC verfügt über eine vorinstallierte Embedded-Linux-kompatible Yocto-Distribution, die auch Python, Node.js und einen umfassenden Software-Stack enthält.
Die Verfügbarkeit eines solch umfassenden Moduls ist jedoch nur ein Aspekt, den jeder professionelle Embedded-Entwickler berücksichtigen sollte. Bevor Sie ein Design prototypisieren können, benötigen Sie eine Hardwareplattform, z. B. ein Evaluierungskit oder ein Referenzdesign, das es Sensoren und anderer Hardware ermöglicht, miteinander zu interagieren. Softwarekompatibilität ist ein weiterer entscheidender Aspekt, den es zu berücksichtigen gilt. Und das nicht nur in Bezug auf eine IDE zur Unterstützung des Embedded-Entwicklungsprozesses, sondern auch in Bezug auf die gesamte Bandbreite an Tools, die für die Weiterentwicklung des Designs erforderlich sind, wie das Real Time Operating System (RTOS) und alle Software-Support-Pakete.
Es ist offensichtlich, dass Intel viel Mühe in die Entwicklung dieses Moduls investiert hat, da es all diese Anforderungen erfüllt. Zur Unterstützung des ersten Designprototyps hat Intel zwei Motherboards entwickelt, die das Edison-Modul aufnehmen können. Das erste und einfachste ist das Intel Edison Breakout Board. Das Board bietet eine Möglichkeit, den 70-Pin-Anschluss des Edison auszubrechen, verfügt über USB-OTG-Anschlüsse (On-The-Go) und Typ-AB-Mikroanschlüsse und bietet durch ein Raster von 0,1-Zoll-Lötstiftleisten die 40 GPIO-Kanäle Dazu gehören PWM, I2C, UART, SPI und der verbleibende verfügbare GPIO. Die Eingangsleistung des Moduls geht ebenfalls durch diese Platine.
Das Intel Edison Board für Arduino ist für das Prototyping einer breiten Palette von IoT-Anwendungen geeignet und spricht insbesondere Ingenieure an, die mit dem Arduino-Shield-Ansatz vertraut sind. Dieses größere und funktionalere Board bietet alle GPIO-Breakout-Pins des Breakout-Boards, jedoch in einem breiteren Layout, das Pin-kompatibel mit einem Arduino Uno R3-Schild ist.
All dies macht den Zugriff auf die GPIOs extrem einfach und bietet Platz für die große Auswahl an handelsüblichen Arduino-Shields - dieses Board ist der ideale Begleiter für Ihren ersten Edison-Build. Da der Edison mit 1,8 V Gleichstrom betrieben wird, gibt es verschiedene Pegelumsetzer, um sowohl 3,3-V- als auch 5-V-Gleichstromabschirmungen aufzunehmen; der Benutzer kann die Option auswählen, die ihm am besten passt. Zur Verbesserung der Arduino-Kompatibilität ist auch eine Intel Edison Arduino IDE verfügbar. Diese IDE, die von der Website des Herstellers Intel heruntergeladen werden kann, bietet eine schnelle und einfache Möglichkeit, mit einem Arduino-Sketch mit dem Prototyping Ihres IoT-Designs zu beginnen. Einfache und einfache Anleitungen für die ersten Schritte sowie Links zu anderen Tutorials sind ebenfalls auf dieser Website verfügbar.
Intels IoT Edition XDK IDE richtet sich eher an professionelle Entwickler. Diese plattformübergreifende Toolchain unterstützt Node.js, das sich ideal für den Einsatz in IoT-Anwendungen eignet. Wie in Abbildung 3 dargestellt, stehen weitere Optionen für Entwicklungstools zur Verfügung.
Der vorinstallierte Software-Stack des Edison umfasst den OS-Loader, Linux BSP und den Boot-ROM-Loader sowie IoT-spezifische Middleware wie einen MQTT-Protokollstack, einen mDNS-Multicast-Dienst ohne Konfiguration und einen Connman-Daemon für die Netzwerkverwaltung über die Befehlszeile .
Um den Prototyping-Prozess weiter zu vereinfachen, hat Intel das Intel IoT Development Communications Connectivity Kit entwickelt. Dieser Satz von Codebeispielen und Bibliotheken, die sowohl in Node.js als auch in C/C++ verfügbar sind, bietet eine Reihe einfacher IoT-Anwendungsbeispiele, z. B. ein Heizungsregelungsthermostat, Bibliotheksreferenzen und kurze Tutorials. Als Ergänzung zu dieser Bibliothek und zur Vervollständigung der End-to-End-Fähigkeit vom Edge-Knoten bis zur Cloud von Intel Edison ist auch der Zugriff auf die IoT-Analyse-Website von Intel verfügbar. Dieser einfache Cloud-Analysedienst ermöglicht die Registrierung einzelner auf Edison-Modulen basierender Geräte und stellt unter Verwendung der Codebeispiele auch ein Repository für die von Ihrer IoT-Anwendung generierten Daten bereit. Zu den Servicefunktionen gehören Datenanalyse, Diagrammvisualisierung, regelbasierte Warnungen und Geräteverwaltung (IoT-Knoten).
Mit seinem extrem kleinen Formfaktor ist der Intel Edison das ideale Rechen- und Konnektivitätsmodul, auf dem Sie Ihr nächstes IoT-Design aufbauen können. Die zentrale Hardwareplattform wird durch eine Reihe von Softwaretools, Konnektivitätsbibliotheken und Mustern perfekt ergänzt, um sicherzustellen, dass Ihr Design in kürzester Zeit auf den Markt kommt.
