Spis treści:
- 1 Arduino Portenta - die Evolution geht weiter!
- 2 Arduino - einer der Anführer der Open-Source-Bewegung
- 3 Arduino Portenta H7 - allgemeine Eigenschaften des Moduls
- 4 Arduino Portenta H7 - vollständige technische Daten des Moduls
- 5 Arduino Portentna H7 - Anschluss an den Computer über einen USB-Typ-C-Port
- 6 Arduino Portenta H7 - Datensicherheit für IoT-Anwendungen
- 7 Arduino Portenta X8 - für noch höhere Ansprüche
- 8 Arduino Portenta - praktische Anwendungen
Die Hauptentwickler und Mitentwickler des Arduino-Projekts ruhen sich definitiv nicht auf ihren Lorbeeren aus – lernen Sie das Arduino Portenta Board kennen!
Arduino Portenta - die Evolution geht weiter!
In diesem Artikel stellen wir das Arduino Portenta vor – ein weiteres Entwicklungsboard, das dem Benutzer eine neue Dimension von Designmöglichkeiten für eingebettete Anwendungen bietet. Wir werden sehen, welche Parameter die Hardware des Boards bietet, wo es eingesetzt werden kann und wie viel es auf dem polnischen Markt kostet.
Arduino - einer der Anführer der Open-Source-Bewegung
Arduino ist einer der unbestrittenen Marktführer im Bereich der Hard- und Software, die unter einer Open-Source-Lizenz vertrieben wird, und die wir häufig in IoT-Projekten vorfinden. Davon zeugen eine riesige Gemeinschaft von mehreren zehn Millionen Nutzern weltweit und Zehntausende von Projekten, die auf kleinen, programmierbaren Elektronikplatinen in Blau und Türkis basieren – obwohl es aufgrund der offenen Hard- und Softwarelizenz auch etliche lizenzierte Arduino-Klone mit einer anderen Platinenfarbe gab. Heutzutage findet man den Arduino in mehr oder weniger ausgefeilten Amateurprojekten, aber auch in professionellen Anwendungen wie Messinstrumenten und sogar in der Weltraumforschung der NASA. Lernen wir also die nächste Entwicklungsstufe der Arduino-Plattform unter dem Namen Portenta H7 kennen – ein Board, das sein Debüt auf der Consumer Electronics Show hatte, die vom 07.01.2020 bis 10.01.2020 in den USA, in der Stadt Las Vegas, Nevada, stattfand.
Arduino Portenta H7 - allgemeine Eigenschaften des Moduls
Arduino Portenta H7 ist das erste Modell der Portenta-Serie, die für anspruchsvolle eingebettete-Systeme in der Industrie, für Anwendungen der künstlichen Intelligenz sowie für die Robotik entwickelt wurde. Bei der Entwicklung dieses Boards wurde der Dual-Core-Mikroprozessor STM32H747 verwendet, der parallele Operationen ermöglicht, wodurch er sich hervorragend für die Verarbeitung von High-Level-Codes in Echtzeitanwendungen eignet. Zum Beispiel können wir gleichzeitig Befehle ausführen, die in einem in der Arduino-IDE-Umgebung erstellten Programm und in einem zweiten in der MicroPython-Umgebung erstellten Programm enthalten sind. Darüber hinaus können die beiden Kerne, die zwei verschiedene Aufgaben gleichzeitig ausführen, miteinander kommunizieren und alle Daten austauschen, die für die komplexesten Prozesse erforderlich sind!
Das Arduino Portenta H7-Board unterstützt sowohl die Arduino IDE als auch Python (einschließlich MicroPython für eingebettete Systeme) und sogar JavaScript-Umgebungen, so dass dieses Modul für ein sehr große Gruppe von Entwicklern geeignet ist. Der Dual-Core-Mikroprozessor auf dem Portenta H7-Board besteht aus einem Cortex M7-Kern, der mit 480 MHz getaktet ist, und einem Cortex M4-Kern, der mit 240 MHz getaktet ist. Die Kommunikation zwischen den Kernen erfolgt über Remote Procedure Call (RPC). Das Design des Boards eignet sich für den Betrieb in einem weiten Temperaturbereich, d.h. von -45°C bis +85°C, wodurch sich das Portenta H7 hervorragend für Industrieanlagen und überall dort eignet, wo die Umgebungsbedingungen für Standardelektronik sehr ungünstig sind.
Arduino Portenta H7 - vollständige technische Daten des Moduls
Das Herzstück des Portenta H7-Moduls ist der ARM STM32H747XI-Chip, der zwei 32-Bit-Kerne enthält – Cortex M7 und Cortex M4, getaktet mit Frequenzen von: 480 MHz und 240 MHz – im Vergleich zu Boards wie dem Arduino UNO oder dem Arduino MEGA 2560, die auf 8-Bit-AVR-Chips basieren, stellt die Verwendung eines solchen Mikroprozessors einen bedeutenden Fortschritt dar und ermöglicht es, eine viel höhere Verarbeitungsleistung für fortgeschrittene Aufgaben zu erreichen. Der Chip verfügt außerdem über 2 MB RAM und 16 MB FLASH-Speicher. Bei den Peripherieschaltungen finden sich 22 Timer, ein Watchdog-Chip und ein vierfaches UART-Interface, die eine breite Palette von Möglichkeiten für die Anbindung externer Komponenten bietet. Das Board ist außerdem mit dem NXP SE050C2 EdgeLock-Chip ausgestattet, der für die Verschlüsselung und Sicherung von Daten für IoT-Anwendungen zuständig ist. Für die drahtlose Konnektivität über eine Keramikantenne sorgen ein integriertes Dualband-WiFi-Modul Murata 1DX, das nach dem Standard IEEE 802.11 b/g/n arbeitet und einen Datendurchsatz von 65 Mbps bietet, sowie ein Bluetooth 5.1 BR/EDR/LE-Modul. Es besteht auch die Möglichkeit der kabelgebundenen Kommunikation über einen externen 10/100Mb/s Ethernet PHY Erweiterungsport.
Das Board kann auf drei Arten mit Strom versorgt werden – über den integrierten USB-Typ-C-Anschluss (der auch für die Kommunikation des Moduls mit dem Host-Computer zuständig ist) oder direkt von einer externen 5-V-Stromquelle – die Elektronik des Moduls selbst benötigt 3,3 V, um zu funktionieren, die über einen integrierten Regler bereitgestellt werden. Wenn das Modul in drahtlosen Anwendungen eingesetzt wird, muss ein 3,7-V-Lithium-Polymer-Akku mit einer Mindestkapazität von 700 mAh angeschlossen werden – das Modul verfügt über eine eingebaute Ladeschaltung. Der Stromverbrauch des Moduls im Sleep-Modus beträgt nur 2,95μA bei deaktiviertem SRAM und aktiviertem RTC-Takt, einschließlich des niederfrequenten LSE-Taktquarzes (32,768kHz).
Das Modul ermöglicht den Anschluss eines externen Displays über die MIPI DSI- und MIPI D-PHY-Anschlüsse sowie den Anschluss eines externen Kameramoduls mit einer Auflösung von 320px x 320px. Der Chrom-ART-Chip ist für die Grafik zuständig. Für Anwendungen mit hohem Datenaufkommen hat der Hersteller zudem die Möglichkeit vorgesehen, eine externe Micro-SD-Karte über einen Erweiterungsport anzuschließen. Der Betriebstemperaturbereich des Portenta H7 Boards beträgt -40°C bis +85°C und -10°C bis +55°C bei Verwendung der eingebauten Funkmodule. Für Peripheriegeräte, die für Messungen und Audio zuständig sind, ist das Portenta H7 Arduino-Board mit einem Dreifach-ADC mit 16-Bit-Auflösung und einer Abtastrate von 3,6MS/s sowie der Möglichkeit, bis zu 36 Kanäle zu multiplexen, und einem Doppel-DAC ausgestattet, der eine 12-Bit-Auflösung garantiert und Signale bis zu 1MHz verarbeiten kann. Das Modul kann mit Arduino MKR Shields verbunden werden und verfügt über 80 Anschlüsse für Peripheriegeräte, von denen 22 über Kabel oder Goldpins gelötet werden können. Darunter befinden sich auch Standard-Kommunikationsschnittstellen, solche wie: UART, SPI, I2C und programmierbare digitale I/O-Pins, von denen zehn die Erzeugung eines PWM-Signals ermöglichen.
Arduino Portentna H7 - Anschluss an den Computer über einen USB-Typ-C-Port
Die Verwendung eines USB-Typ-C-Anschlusses am Portentna-Modul war zu erwarten – der gleiche Standard wird von den heutigen Mobilgeräten verwendet, was ein schnelles Aufladen des Akkus sowie einen höheren Datendurchsatz beim Reflashen des Moduls ermöglicht. Wir können auch externe Geräte an diesen Port anschließen und mit Strom versorgen (USB-OTG) und einen Monitor mit einem Display-Port-Anschluss anschließen, der in USB Typ-C konvertiert.
Arduino Portenta H7 - Datensicherheit für IoT-Anwendungen
Die Portenta-Module wurden in erster Linie für den professionellen Einsatz entwickelt, bei dem die Datensicherheit im Vordergrund steht. Jedes Gerät, das mit dem Internet verbunden ist, ist mehr oder weniger anfällig für Cyberangriffe. Aus diesem Grund ist das Portenta H7 Board mit dem NXP SE050C2 Chip ausgestattet, der die Sicherheit des Boards erhöht und das Risiko eines unbefugten Zugriffs auf wichtige Daten eliminiert. Das Leistungsspektrum des Chips, der für die Verschlüsselung und Sicherung von Daten zuständig ist, umfasst Funktionen wie die Verifizierung von Datenclouds, die Validierung von Software, die Authentifizierung von externem Zubehör, den Schutz geistigen Eigentums und die Verschlüsselung von Nachrichten. Auf diese Weise ist das Portenta H7-Modul nicht nur ein vielseitiger Rahmen für IoT-Projekte, sondern bietet auch funktionale Anwendungssicherheit auf einem sehr hohen Niveau, wodurch cyberkriminelle Aktivitäten effektiv verhindert werden.
Arduino Portenta X8 - für noch höhere Ansprüche
Im Jahr 2022 wurde das nächste Modell der Arduino-Serie von Portenta unter der Bezeichnung X8 veröffentlicht. Die meisten Hardware-Spezifikationen dieses Moduls überschneiden sich mit denen des Portenta H7-Moduls, aber das wichtigste Detail ist das Herzstück des Boards – neben dem Dual-Core-Mikrocontroller STM32H747XI finden Sie auch einen Mikroprozessor, der auf vier ARM Cortex-A53-Kernen basiert, die mit 1,8 GHz getaktet sind, sowie einen Cortex-M4-Kern, dessen Taktfrequenz 400 MHz beträgt. Ebenfalls erwähnenswert ist der eingebaute 2GB DDR4 RAM-Chip und der eMMC FLASH-Speicher, der bis zu 16GB an Daten aufnehmen kann. Darüber hinaus ist auf dem Board das Betriebssystem Linux vorinstalliert. Dank dieser Fähigkeiten kann das Portenta X8-Modul in Anwendungen für künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und das Management besonders komplexer technologischer Prozesse eingesetzt werden.
Nicht zu vernachlässigen ist auch der integrierte Grafikchip mit Chrom-ART-Beschleuniger. Daraus ergeben sich für den Anwender zahlreiche Vorteile: Der Arduino Portenta X8 kann in einen externen Bildmonitor integriert werden, wodurch ein eigenständiger Linux-Computer entsteht, was bis vor kurzem nicht möglich war, da ein externer Grafikbeschleuniger angeschlossen werden musste, damit der Bildmonitor mit dem Computer zusammenarbeiten konnte.
Arduino Portenta - praktische Anwendungen
Die Arduino-Module der Portenta-Serie stellen einen echten Technologiesprung dar. War der Name “Arduino” bis vor kurzem meist mit Hobby- und Bildungsanwendungen verbunden, so ist die Portenta-Serie eine Art Evolution auf Basis der MKR-Serie, deren Anwendungsbereich nun auch kommerzielle Projekte mit professionellem Charakter umfasst. Obwohl die Portenta-Module nach wie vor für Hobbyzwecke eingesetzt werden können, ähnlich wie Arduino-Boards, die auf 8-Bit-AVR-Mikrocontrollern basieren, erlauben ihre Fähigkeiten viel mehr. Zu den Anwendungsbeispielen für Portenta-Module gehören Kompatibilität mit SPS-Steuergeräten, die Steuerung von Laborgeräten, HMI-Schnittstellen, die Steuerung von Industrierobotern, Bilderkennung und andere nicht standardisierte Anwendungen. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Portenta-Boards ist ihre vollständige Kompatibilität mit Arduino MKR-Modulen.
