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Informationen und Projekte Rund um die Mikrocontroller-Programmierung
von myAVR (ATmega8), STM32 (Cortex-M3/4) und Raspberry Pi (ARM11)

Der Autor

Christian KrügerChristian Krüger, ursprünglich aus dem Altenburger Land stammend, wohnt heute in Nürnberg. Nach seinem Studium der Informations­technik an der West­sächsischen Hochschule in Zwickau, ist er heute Software Entwickler für ein­gebettete Systeme. Seine Berufung fand er im Dienst für seine Kollegen als Teamleiter bei ISCUE.

Die größte Leidenschaft Christians ist es, die Schönheit unserer Welt einzufangen und weiter­zuerzählen. Dies gelingt ihm mit Hilfe seiner Kamera. Seine Fotos und Videos sind auf Instagram und seiner Webseite zu betrachten.

Für seine Zukunft freut sich Christian auf erinnerungs­würdige Reisen, begeisterungs­fähige Menschen und viele neue Erfahrungen.

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Diplomarbeit

Zusammenfassung

Ziel dieser Arbeit war es, eine Plattform für eine neue M2M-Basiseinheit zu eruieren und in Form eines Prototyps zu evaluieren. Zu diesem Zweck wurden im ersten Teil der Arbeit Anforderungen an eine neue M2M-Plattform gesammelt und im Anschluss mit aktuell verfügbaren ARM-Plattformen verglichen. Einige wesentliche Anforderungen waren dabei die Verfügbarkeit einer USB 2.0 High-Speed Host-Schnittstelle sowie die Verwendbarkeit der Plattform in einem LQFP-Gehäuse mit 144 Pins. Der Preis sollte 15,00 ? nicht übersteigen. Die beste Übereinstimmung zu diesen Anforderungen ist die ARM Cortex-M3 STM32F2-Mikrocontroller Familie von STMicroelectronics. Unter Verwendung eines STM32F205ZGT6 ist der Aufbau einer neuen M2M-Basiseinheit in der Entwicklungsabteilung der MUGLER AG möglich. Für die Evaluierung und den Funktionsnachweis dieser neuen Plattform wurde ein STM3220G-EVAL Evaluierungs- Board angeschafft. Dieses stellt zusammen mit dem Betriebssystem uClinux der Firma EmCraft Systems, einer Speichererweiterung und dem Sierra Wireless AirPime MC7710 LTE-Modem den Prototyp der neuen M2M-Basisplattform dar. Für den Einsatz der Plattform musste im Rahmen der Arbeit ein USB Host Controller Treiber für Linux entwickelt werden, der die Ansteuerung der LTE-Modems via USB ermöglicht. Die Verwendung von Linux erlaubt den Einsatz einer Reihe von Modems und unterschiedlicher USB-Geräte. Für den Funktionsnachweis der Plattform wurde anschließend die Software LTE-Level ARM entwickelt, welche verschiedene Parameter der Mobilfunknetze GSM, UMTS und LTE auf Basis des Prototyps sammelt.

Vergleichend mit der bisherigen M2M-Basisplattform auf Basis eines Cinterion EGS5i GSM-Modems bietet die neue Plattform eine ganze Reihe neuer leistungsfähiger Peripherie-Schnittstellen, darunter Ethernet-, USB- und ein SD-Karten-Interface. Zusätzlich stellt die Plattform eine höhere Anzahl eingebetteter Schnittstellen wie GPIO, SPI sowie Analoge Wandler zur Verfügung. Die Plattform ist in der Lage ein aktuelles LTEModem für die M2M-Kommunikation zu verwenden. Der Einsatz von Linux erlaubt eine schnelle und vielfältige Erweiterbarkeit der Plattform durch integrierte Anwendungen, Geräte-Treiber und das hinter Linux stehende Ökosystem. Dabei bleibt die neue M2MPlatine preislich in einem konkurrenzfähigen Rahmen. Der Einsatz zusätzlicher Speicher erhöht den Layout- und Kostenaufwand, die gewonnenen Vorteile überwiegen jedoch. Der größte Nachteil der Verwendung eines Linux Betriebssystems liegt bei den Geschwindigkeitseinbußen, die das externe Speicher-Interface und der Linux Kernel verursachen. Im Funktionsnachweis der M2M-Basisplattform wurde nachgewiesen, dass dadurch lediglich 10% der maximalen USB High-Speed-Übertragungsgeschwindigkeit erreicht werden können. Somit bleibt festzuhalten, dass der Einsatz von Linux auf einem Cortex-M3 Mikrocontroller eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt und bei der Mensch-zu- Maschine-Kommunikation wie auch bei der Softwareentwicklung eine echte Bereicherung darstellt, jedoch für leistungsintensive Anwendungen zu einem Flaschenhals führt. Abschließend sei auf einen Artikel des Entwicklers Vladimir Khusainov der Firma EmCraft auf electronic design verwiesen, in dem er die Gründe, Vor- und auch Nachteile des Einsatzes von Linux auf einem Cortex-M3 Mikrocontroller, aus seiner Sicht darstellt.