Internet of Things Wie die richtigen Tools das intelligente IoT-Design erleichtern

Jeder redet vom Internet of Things – aber das Erstellen von Embedded-Software für IoT-Anwendungen ist eine enorme Herausforderung. Mit den richtigen Tools verliert diese Aufgabe jedoch ihre Schrecken.

Während vor etwa 30 Jahren nur einige hundert Computer miteinander vernetzt waren, sind heute Milliarden von Menschen über ihre Computer oder Mobilgeräte mit dem Internet verbunden. Zu den künftigen Herausforderungen wird es gehören, dieses Computernetzwerk mit einem Netzwerk von Geräten zu verbinden, die ohne menschliche Einwirkung mit Menschen oder anderen Geräten kommunizieren können.

Die Zahl der Anwendungen, die zu dem Zweck entwickelt wurden, ein Gerät mit anderen Geräten („Smart Objects“) zu verbinden oder Messwerte in der Cloud abzuspeichern, nimmt zurzeit exponentiell zu. Auf die Tatsache, dass Embedded-Anwendungen hinsichtlich ihrer Speicherressourcen, CPU-Geschwindigkeit und Stromversorgung häufig recht eingeschränkt sind, wird bei ihrer Entwicklung Rücksicht genommen.

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Abhängig davon, welche Lösung sich für das jeweilige Anwendungsgebiet am besten eignet, bieten sich für die Vernetzung von Smart Objects verschiedene Kommunikationskanäle an. Damit sich die Produktentwicklungs-Ingenieure auf ihre Applikation konzentrieren können, ist es sehr hilfreich, wenn man ihnen das Schreiben maschinennaher Funktionen für Peripherie-Treiber oder Protokoll-Stacks erspart. Tools, die die Entwicklung IoT-fähiger Geräte erleichtern, helfen den Entwicklern von Embedded-Software, die Produktentwicklung und damit auch die Markteinführung des jeweiligen Produkts zu beschleunigen. Der TASKING Software Platform Builder mit seiner umfangreichen Palette an Peripherietreibern und Kommunikationsdiensten kann bei diesem Softwareentwicklungs-Prozess wirkungsvolle Hilfestellung leisten.

Die Entwicklung von Embedded-Software ist zeitaufwendig

Die Idee für die von uns bezeichnete „Software Platform“ entstand Ende 2012, als wir von Entwicklern gefragt wurden, weshalb das Entwickeln von Embedded-Software so viel mehr Zeit beansprucht als bei vergleichbaren Desktop-Applikation. Eine wirklich legitime Frage, verursacht doch selbst das Anzeigen einer schlichten Meldung wie „Hello World!“ auf dem LCD eines Embedded Evaluation Boards einen überraschend großen Aufwand.

Gleich ob es sich um das Ansteuern des Displays, die Umwandlung der Zeichen in Pixel oder die Kontrolle des Cursors handelt – nichts scheint hier automatisch zu gehen. Selbst wenn es, wie zum Beispiel für die TCP/IP-Kommunikation, komfortable Bibliotheken gibt, kostet es immer noch viel Arbeit, den neuen Code in die Applikation einzufügen und korrekt zu konfigurieren. Häufig muss dieser Zyklus zudem für jedes neue Projekt erneut durchlaufen werden.

Es musste also eine neue Lösung her. Dies motivierte uns zur Einführung dessen, was wir mittlerweile als Software Platform bezeichnen. Deren Grundkonzept ist eigentlich ganz einfach: Wir stellen universelle (generische) Softwarekomponenten in einem als Repository bezeichneten Ordner zur Verfügung und statten die Komponenten mit einer einheitlichen Schnittstelle aus. Außerdem wird sichergestellt, dass sich die Softwarekomponenten auf einheitliche Weise konfigurieren lassen.

Man muss also nicht über den internen Aufbau einer jeden Komponente Bescheid wissen und wegen der einheitlichen Schnittstelle können die verschiedenen Komponenten problemlos zusammenarbeiten. In einer grafischen Umgebung werden die Softwarekomponenten als farbige Blöcke dargestellt. Die jeweils benötigten Blöcke werden aus dem Repository entnommen, um so die Basis für eine Applikation zu erstellen. Die Komponenten lassen sich gemäß den Anforderungen der jeweiligen Anwendung konfigurieren und es ist außerdem möglich, die Abhängigkeiten zwischen den ausgewählten Komponenten zu spezifizieren.

Software Platform Builder für CPUs auf ARM-Cortex-M-Basis

Bei der Software Platform geht es um Integration von Inhalten, während es auf die Inhalte selbst weniger ankommt. Ein großer Teil der aktuell verfügbaren Inhalte kommt von Drittunternehmen und kann kostenlos aus dem Internet heruntergeladen werden. Allerdings ist das Erstellen einer Applikation aus zusammengesuchten Softwarekomponenten nicht gerade einfach. Hier hilft die Software Platform, denn sie stellt die Inhalte so zur Verfügung, dass sie reibungslos zusammenarbeiten können. Außerdem lassen sich alle Komponenten auf ähnliche Weise konfigurieren. Es ist genau diese Kombination, die das zügige Entwickeln zuverlässiger Applikationen erlaubt.

Der Software Platform Builder eignet sich zum Erstellen von Anwendungen auf Basis des ARM Cortex-M. Die Software Platform selbst enthält verschiedene Softwaremodule, die bei Bedarf zum Applikations-Code hinzugefügt werden (z.B. für RTOS-Funktionen, den Peripheriezugriff oder Softwareprotokolle). Die Software Platform ist sowohl ein grafischer Editor als auch ein Codegenerator. Sammlungen von Softwaremodulen werden als Software Platform Repositories zur Verfügung gestellt.

Grundsätzlich kann sich in einem Repository Software jeglicher Art befinden, jedoch enthalten typische Module Interrupt-Services, Timer, Peripherie (Hardware-Wrapper), Treiber, Kernel Services (z.B. POSIX-Multithreading), Device I/Os, Dateisysteme (FatFs), Netzwerkfunktionen (TCP/IP), grafische Benutzeroberflächen, usw.

Zu den TASKING ARM Cortex Tools gehört eine große Zahl von Software Platform Referenzprojekten für verschiedene STM32 Evaluation Boards, die von den verfügbaren Peripheriefunktionen der jeweiligen Boards Gebrauch machen.

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