不要从零开始,可以借助物联网开发套件

February 18, 2020 Brandon Lewis

物联网开发套件, 机器视觉, 嵌入式系统编程

工业物联网边缘设备将更多的智能、网络和安全功能与传统的感应、执行和控制任务集成在一起。因此,工作负荷整合已变得比奢侈品更为重要。将多个功能组合到一个系统中可减少总体组件成本、功耗、硬件占用空间、布线以及其他资本和运营支出。

最终用户的利益是显而易见的,但是,OEM 和系统集成商到哪里寻求快速、大规模地开发工作负荷整合的设备呢?对此类系统进行原型设计需要工程团队分别构建每个子系统,然后将这些离散设计整合到一个统一的工作负荷整合架构中。

工作负荷整合的原型设计问题

想象一下,一个工业视觉系统在自动化生产线上扫描有缺陷的产品。今天,这类系统使用神经网络算法来搜索生产缺陷,而且,支持确定性但对 IT 友好的通信技术(如以太网 TSN),因此,需要高级板载安全性。此外,如果检测到生产异常,这类系统还必须在几微秒内将控制信号发送给驱动自动化生产线的 PLC。

在早期开发中,这意味着需要投资一系列支持每个所需任务的目标设备,就像在常规系统架构中那样。

康佳特市场营销总监 Christian Eder 说:“如果采用传统方式,运动控制部件将是通过以太网连接到交换机的盒子中的 PLC。然后,我们当然有一个云连接器,它通常是另一个盒子,用于处理与外部应用(如人工智能摄像头)的安全通信。”(图 1

图 1.传统的嵌入式系统原型设计方法需要微调多个功能,然后才会进入工作负荷整合设计阶段。(资料来源:康佳特)
图 1。传统的嵌入式系统原型设计方法需要微调多个功能,然后才会进入工作负荷整合设计阶段。(资料来源:康佳特

与将所有东西放到一个需要稍微快一点的 CPU 的盒子里相比,仅仅是简单的硬件成本就可能翻倍。而且,这甚至都没有考虑到软件集成,软件集成可能要花费数百个工程小时才能确保各个组件在最终系统中正常运行。

借助工业物联网开发套件减少工作

为解决这些设计中的系统集成差距,康佳特在 2019 年嵌入式世界上推出了工作负荷整合概念证明 (PoC)(视频 1)。差不多一年之后,该公司通过与英特尔® 合作,使 PoC 发展成为面向 OEM 和系统集成商的现成工作负荷整合入门套件。

 

视频 1。康佳特的工作负荷整合 PoC 在一个设备上整合了实时控制、计算机视觉和云连接。(资料来源:嵌入式计算设计

 

图 2 所示,工作负荷整合套件以 congatec Conga-TS370 COM Express 6 型主板为基础,搭载一个六核英特尔® 至强® 处理器。这些内核使用实时系统的实时嵌入式虚拟机管理程序相互隔离,从而使康佳特套件可以组合通过虚拟以太网连接的三个独立子系统:
机器视觉 — 基于 Ubuntu Linux 的视觉系统使用四个内核,但集成了 Basler 工业 USB 摄像头和 ReFLEX CES 的 Arria® 10 FPGA 加速卡。计算机视觉算法使用英特尔® OpenVINO 工具包在桌面操作系统上运行进行开发。

云连接 — 另外一个内核运行 EdgeOS。EdgeOS 是一种外形小巧的 Linux 装置,拥有套件的物理以太网端口并支持 MQTT 等企业连接。它还提供安全的网关功能,充当其他子系统与外界之间的防火墙。

实时控制 — 最后一个内核运行一个实时 Linux 操作系统。该操作系统管理着系统面向控制的任务,其功能类似于 PLC。为了证明这一点,该套件通过 USB 与伺服驱动的摆锤连接。

图 2.通过工作负荷整合,工业物联网边缘设备可以在同一硬件上支持多个 IT 和 OT 功能。(资料来源:康佳特)
图 2。通过工作负荷整合,工业物联网边缘设备可以在同一硬件上支持多个 IT 和 OT 功能。(资料来源:康佳特

开箱即用的工作负荷整合入门套件带有预配置的虚拟机管理程序、已加载的操作系统以及对网络堆栈和 OpenVINO 人工智能库的访问。对于希望简化强大的工业物联网边缘解决方案设计的组织而言,这种组合既可以降低开发成本,又可以缩短产品上市时间。

Eder 说:“当然,将所有内容都放在一个平台上更容易维护。毕竟已经建立起完整的环境。您可以立即开始优化应用程序的特定细节。”

“不要从零开始。借用 90% 的现有成果并优化剩余 10% 的工作。” 他补充道。

嵌入式系统原型的最后一英里

随着电子系统的价值逐渐转向应用软件和服务,技术重用对于任何设计的深层嵌入部分至关重要。工作负荷整合入门套件将该基础技术的复杂性抽象化,同时允许物联网工程组织专注于核心增值,而无需担心将来的复杂软件集成。

显然,套件本身可能并没有针对每种可能的使用案例进行优化,但是康佳特与其他公司的工程服务部门可以调整硬件和软件子系统,以确保达到最终的设计目标。

现在,工作负荷整合解决方案使您的最终产品获得率达到了 90%。您在最后一英里会做什么?

作者简介

Brandon Lewis

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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