Ismerkedés a Toradex modulokkal - egy izgalmas fejlesztés, számtalan előnnyel

2021 tavaszán egyik ügyfelünk azzal keresett meg minket, hogy készítsünk egy olyan platformot, ami alkalmas egy infrakamerás alkalmazás kifejlesztésére. A megoldás szobák vagy irodák foglaltságát képes monitorozni, és az így nyert információ birtokában többek között optimalizálható egy épület energiahatékonysága vagy egy tárgyaló kihasználtsága. Az alábbi cikkünkben a projekt részleteit mutatjuk be.

Mit érdemes tudni a projektről?

Az eszköz nem sorozatgyártásra készült, hanem egy fejlesztői eszköznek, amellyel a szoftverfejlesztők ki tudják próbálni a technológiát, méréseket tudnak végezni, ki tudják fejleszteni az alkalmazást. 

Az ügyfél kritériumokat fogalmazott meg a platformmal kapcsolatban, úgy mint “legyen rajta wifi, bluetooth, két eltérő típusú infrakamera, különféle hőmérséklet/páratartalom/CO2 érzékelők, USB csatlakozás, micro SD kártya foglalat, nyomógombok, LED-ek, soros portok” stb. 

A specifikáció véglegesítése után két hónappal pedig már kész is volt a működő fejlesztői platform az ügyfél specifikációjának megfelelő hardware-rel, ehhez illesztett egyedi linux operációs rendszerrel, a hozzá tartozó driverekkel, illetve az applikációfejlesztést lehetővé tevő software könyvtárral (API-val).

A projektben résztvevő egyik fejlesztőnk, Hegedűs Csaba válaszol néhány fontos kérdésre a fejlesztéssel, annak gyakorlati hasznával és kihívásaival kapcsolatban.

Milyen problémákkal szembesültök gyakran a beágyazott rendszerek fejlesztése során? 

Beágyazott rendszerek esetén általában alacsony szintű, hardware közeli funkciókat kell megvalósítani, mint például motorok, relék vezérlése, szenzorok kiolvasása, fények, LED-ek kapcsolása, képek kiolvasása kamera modulokból, alacsony szintű kommunikáció egyéb hardware-ekkel, a beágyazott rendszer öndiagnosztikája, akkumulátor- vagy töltésvezérlés stb. Ezek a feladatok leggyakrabban elvégezhetők egyszerűbb mikrokontrollerekkel.

Ezek mellett gyakran előfordul, hogy az eszköznek internetre kell kapcsolódnia, például software update miatt, nagy számításigényű algoritmusokat kell futtatnia, például 4K videó feldolgozást/kódolást, nagy adatátviteli sebességű eszközökkel kell kommunikálnia, grafikus felhasználói felületet kell megvalósítani például érintő kijelzővel, esetleg vezeték nélkül csatlakozást kell megvalósítani (wifi, bluetooth), over-the-air update kell, vagy webszervert kell megvalósítani.

Olyan PCB-t sok időbe és pénzbe kerül fejleszteni, amin olyan SOC van, ami alkalmas ilyen komplexebb feladatokra. Ennek kifejlesztése nagyobb technológiai kockázattal is jár. Erre ad megoldást a system-on-a-module koncepció. A komplex PCB a SOM, amit meg lehet venni, általános célú, univerzális, sokszor újra használható, és csak egy egyszerű carrier board-ot kell tervezni, ami az alkalmazásra van szabva.

Milyen problémára nyújt megoldást a Toradex?

A Toradex (www.toradex.com) hardware-t és software-t is kínál. Nem csupán a fent említett SOM-okat forgalmazzák, de hozzá tartozó szoftverkörnyezetet és példa carrier board-okat is.

Ezen felül webes szolgáltatások is elérhetők, amivel akár távolról, interneten keresztül frissíthető a beágyazott eszköz. A webes szolgáltatások közül flottakövetést és távoli hozzáférést is biztosít a Torizon Core-on keresztül.

A mi ügyfeleink számára előnyös ez a megoldás, mert hamarabb az asztalukon lehet az általuk specifikált eszköz, mivel a SOM-ot nem kell megtervezni, legyártani, hanem meg tudjuk vásárolni, tehát kész komponensekből építkezünk. 

Kis szériás megrendelés esetében árelőnnyel is jár ez a megoldás, nem kell kifizetni a nagy komplexitású SOC alapú rendszer kifejlesztését és a magas gyártási költséget. Nagy szériás sorozatgyártás esetén már érdemesebb lehet kifejleszteni a saját nyomtatott áramkört.

Éppen ezen előnyök miatt döntöttünk úgy ebben a projektben, hogy Toradex alapokon készítjük el az első platformot. Az igény az volt, hogy a PC-n már jól működő szoftver viselkedését beágyazott környezetben is meg tudjuk figyelni és mihamarabb lehessen tovább haladni a szoftverfejlesztéssel. Ehhez egy carrier boardot készítettünk az egyik Toradex modulhoz és már indulhatott is a szoftverfejlesztés. Ez után természetesen szükség volt az egyedi hardver elkészítésére is, hiszen több tízezres darabszám esetén már nem lenne költséghatékony ez a megoldás és így a kezdeti sikerek után ezzel folytatódott a projekt. 

Miben hoz ez új megoldást a piacon elérhető hasonló fejlesztésekhez képest?

Ami a Toradex esetén kiemelkedő, az a dokumentáció mennyisége és minősége, a példa megoldások (example design) hozzáférhetősége. Újdonságot jelent a felhőalapú szolgáltatások elérhetősége is.

Milyen ehhez hasonló fejlesztések készültek még a ProDSP-nél ahol egy Toradex jellegű modul szintén jó megoldás lett volna?

Egy korábbi fejlesztésünk egy hordozható, többcsatornás, szinkronizált, magas mintavételezési sebességű, nagy felbontású audio adatrögzítő berendezés nyomógombokkal, kijelzővel. A teljes berendezést mi terveztük és gyártottuk a nyomtatott áramköröktől kezdve a készülékházon át a teljes szoftverig. Itt egy másik gyártó hasonló modulját alkalmaztuk, szintén csak kis darabszámú terméket kellett gyártani.

Készül még egy gépjármű flottakövető rendszer. Ezeket a készülékeket autókba, kamionokba, buszokba, mezőgazdasági járművekbe építik be. Ez sorozatgyártásra készül, árérzékeny. Ennek ellenére itt is SOM-ot alkalmaztunk a rugalmassága, könnyű fejleszthetősége miatt, valamint az ügyfél kérése volt, hogy a hardver és szoftver könnyen adaptálható legyen egy új modulhoz, ha ez esetleg kifut a piacról (a chipshortage számos hasonló kérést eredményezett nálunk az utóbbi időben). 

Ennél a projektnél a feladatunk a nyomtatott áramkör megtervezésére korlátozódott. Ebben az esetben az ügyfél saját maga tartja kézben a szoftverfejlesztést, mivel az eszközt integrálni kell a saját felhőalapú szolgáltatást kínáló flottakövető megoldásukba.

Ha valaki hasonló fejlesztést szeretne rendelni, milyen adatokat, infókat kell veletek megosztani előzetesen?

A legfontosabb kérdés, hogy kik fogják használni a készüléket. Például egy laboreszköz lesz, amit mérnökök használnak, vagy olyan berendezés, amit majd beépítenek egy másik gépbe és így emberi interakcióra nem is lesz szükség?

Szükségünk van a funkciók listájára a megrendelő szemszögéből nézve. Ezeket az igényeket a megrendelővel egyeztetve lefordítjuk technikai követelményekre, amiből tudunk technológiát választani és rendszertervet készíteni.

Az ügyfélnek el kell döntenie, hogy milyen szolgáltatást vesz tőlünk igénybe. Ezek lehetnek:

• nyomtatott áramköri tervezés és gyártás
• rendszer szoftverfejlesztés (operációs rendszer, ha indokolt, driverek)
• alkalmazás szoftverfejlesztés
• gépészeti tervezés és gyártás (készülékház)

Ha valaki hasonló fejlesztést szeretne, hol tud ezzel kapcsolatban érdeklődni?

Cégünk minden hasonló fejlesztésre nyitott, és rugalmas mérnöki megoldásaival általában gyorsan megtalálja az ügyféligényekhez leginkább illeszkedő megoldásokat. Itt lehet érdeklődni egy-egy megrendelésekkel kapcsolatban.