無須從頭開始,物聯網開發套件是您的好幫手

February 18, 2020 Brandon Lewis

物聯網開發套件, 機器視覺, 嵌入式系統程式設計

除了傳統感應、閉路與控制工作,工業物聯網邊緣裝置正逐漸整合更多的智慧、網路與安全功能。這樣一來,工作負載合併便越來越像必需品,而非奢侈品。多項功能結合為單一系統後,整體元件成本、耗電、硬體佔用面積、纜線及其他資本與營運成本隨之減少。

雖然對一般使用者而言,好處顯而易見;但是對於期望迅速大規模開發工作負載合併裝置的 OEM 和系統整合商而言,優點又是什麼呢?工程團隊建立這類系統的原型時,必須先單獨建置各個子系統,再將那些個別獨立的設計,整合至一個統一的工作負載合併架構。

建立工作負載合併原型的問題

以掃描自動化生產線上瑕疵品的工業視覺系統為例。這類系統目前使用神經網路演算法來搜尋生產缺陷。系統也支援乙太網路 TSN 這類適合 IT 的固定通訊技術,因此需要先進的內建安全性。此外,如果偵測到生產異常情況,系統也必須以微秒為單位,發送控制信號給驅動自動化生產線的 PLC。

就開發初期而言,這意味著投資一系列支援各項期望工作的目標設備,就和傳統系統架構的投資方式一樣。

Congatec 的行銷總監 Christian Eder 表示:「如果採取傳統方式,運動控制部分就是透過乙太網路從將 PLC 從盒中連接至開關」。「接著,當然就是備妥雲端連接器,通常是負責處理與人工智慧攝影機這類外部應用程式安全通訊的另一個盒子。」(圖 1

圖 1.建立傳統內嵌式系統原型的方式,需要先微調多項功能,然後才能進展到工作負載合併設計。(資料來源:congatec)
圖 1.建立傳統內嵌式系統原型的方式,需要先微調多項功能,然後才能進展到工作負載合併設計。(資料來源:congatec)

將所有東西整合至單一盒子的方式需要稍快的 CPU,相較之下,光是硬體成本就有可能高出一倍。另外,為了確保各種元件能在最終系統順利運作,工程設計可能也必須耗費大把的時間進行軟體整合。

物聯網開發套件能減少工作量

為了解決這些設計的系統整合落差,congatec 在 2019 年嵌入式技術應用展推出了工作負載合併概念驗證 (PoC) (影片 1)。一年左右後,該公司與 Intel® 合夥,將 PoC 打造為 OEM 和系統整合商適用的現成 Workload Consolidation Starter Set (工作負載合併入門組)。

 

影片 1. congatec 的工作負載合併 PoC 將即時控制、電腦視覺和雲端連線能力結合於單一裝置。(資料來源:嵌入式運算設計)

 

圖 2 所示,工作負載合併套件搭載 congatec Conga-TS370 COM Express Type 6 主機板,其中配備了六核心 Intel® Xeon® 處理器。這些核心獨立存在,使用即時系統的即時內嵌式 Hypervisor,讓 congatec 套件得以合併透過虛擬乙太網路連線的三個獨立子系統:機器視覺—Ubuntu Linux 型視覺系統使用四個核心,但是整合了 Basler 工業 USB 攝影機與 ReFLEX CES 的 Arria® 10 FPGA 加速卡。使用 Intel® OpenVINO 工具組開發的電腦視覺演算法,執行於桌面作業系統。

雲端連線—另外一個核心會執行 EdgeOS,也就是擁有套件實體乙太網路埠且支援 MQTT 這類企業連線能力的小型 Linux 實作。它也提供安全閘道功能,負責擔任其他子系統與外界的防火牆。

即時控制—最後一個核心執行的是即時 Linux 作業系統,負責管理系統的控制型工作,功能與 PLC 相似。從套件是透過 USB 與伺服驅動單擺連結這件事就看得出來。

圖 2.工作負載合併讓工業物聯網邊緣裝置,能夠在同一個硬體支援多項 IT 與 OT 功能。(資料來源:congatec)
圖 2。工作負載合併讓工業物聯網邊緣裝置,能夠在同一個硬體支援多項 IT 與 OT 功能。(資料來源:congatec)

Workload Consolidation Starter Set 出廠時就已預先配置 Hypervisor、載入作業系統,並且能存取網路堆疊與 OpenVINO 人工智慧程式庫。對於期待簡化強大工業物聯網邊緣解決方案設計的組織來說,這種合併方式不僅降低開發成本,更縮短了上市時間。

Eder 表示:「每樣東西都整合於單一平台當然較易於維護。」「完整的環境已設置妥當。您可以立即著手,最佳化應用程式的特定詳細資訊。」

「無須從頭開始。從 90% 開始,最佳化剩餘的 10%,」他補充道。

嵌入式系統原型的最後一哩路

電子系統的價值逐漸轉向應用程式軟體與服務,因此技術重複使用對於任何設計深度嵌入的部分至關重要。Workload Consolidation Starter Set 簡化了基礎技術的複雜度,並讓物聯網工程設計組織專注於核心附加功能,無須擔心日後複雜的軟體整合。

顯然套件出廠時並未針對各種可能的使用案例最佳化,但是 congatec 等公司的工程設計服務能夠修改硬體和軟體子系統,以確保達成最終設計目標。

工作負載合併解決方案現在可為您完成 90% 的成品。您在最後一哩路會怎麼做呢?

作者簡介

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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