産業用アプリケーションのプロトタイピングと開発を加速させるI-Pi SMARCキット

ADLINKのI-Pi SMARC開発キットには様々な導入オプションが用意されています。

ADLINKの I-Pi SMARC開発キット には多くのメリットがありますが、特に比較的低価格であるというのは特筆に値します。これは、プロトタイピングに使用したいと考える技術者が少なくない1つの理由です。正しい表現であるかどうかは別にして、別の重要な特長は、ビギナーから専門家までのあらゆるレベルの技術者にとって魅力的であるということです。

ビギナーはIoT(Internet of Things)やRaspberry PiやArduinoなどの開発キットの普及、およびオープンソースというその性質のために、この種のキットを非常に歓迎します。そのコードは、技術者の作業のベースとなっていて、すべてのプラグイン・デバイス、センサー、アクチュエータなど含むほぼすべてのアプリケーションで使用できます。

こうしたプロジェクトに参入する技術者が増えるにつれ、ツール、ソフトウェア、キット自体の堅牢性が向上しているので、キットは最も経験豊富な設計者にとっても魅力的なものになっています。現在、設計の大半はユビキタスな開発キットから始まります。Raspberry Piに限定すると、今年の初めまでに5000万台以上のキットが市場に出荷され、10種類の異なるモデルが利用できるようになると見込まれています。

製造業者が開発キットを好む理由の1つは、エンジニアは職場と家庭の両方でキットを使用する傾向があることを知っているからです。実際、エンジニアは自宅で周辺機器やセンサーの実験を行い、職場では製品となる可能性のあるプロフェッショナル仕様のプロトタイプバージョンの開発を行います。

コンシューマ製品に関する問題​

自家製の製品を商業製品に変えるこのプロセスには思わぬ落とし穴が隠れています。その1つの問題は求められる温度範囲です。エンジニアの家の室温が+23℃の上下10度の範囲を超えることはあまりないはずです。しかし、プロフェッショナル製品はそれでは済まされません。衝撃や振動の問題にも対処する必要があります。エンジニアは家のデバイスがダクトテープでしっかりと固定されることを知っていますが、最終製品の出荷ではダクトテープは使えません。

検討を必要とする別の問題は部品の交換です。経験豊富なエンジニアは、特定の部品は交換しても弊害がない(または、少ない)ことを知っていますが、特に医療、産業、軍事用途では、プロトタイプ段階を通過した製品の部品交換は許可されません。設計の確定後は、いかなる変更も許されないのです。

エンジニアは市販されている産業用開発キットの種類は選択できますが、行える事柄、使用できるソフトウェア、開発または購入できる周辺機器の種類はかなり制限されます。また、特に汎用入出力(GPIO)ピン、パルス幅変調器(PWM)機能、アナログ・デジタル・コンバータ(ADC)、デジタル・アナログ・コンバータ(DAC)、およびI2C、SPI、UARTなどの通信機能の設計では、それぞれ異なるプロトコルまたはインタフェースを使用しなければなりません。

ハードウェア抽象化レイヤー


経験豊富な設計者が通常理解している用語の中に、ハードウェア抽象化レイヤー(HAL)と RAA (図1)があります。HALは、コンピュータの物理的ハードウェアとソフトウェアの間に存在する、ソフトウェアで実装した抽象化レイヤーです。HALの目的は、ハードウェアの差異をオペレーティングシステムから隠蔽することです。これにより、ハードウェアに変更があっても、オペレーティングシステムのコードをほとんど変更する必要がなくなります。

抽象化レイヤーを含む、ソフトウェア/ハードウェアスタックの高レベルのビュー<br />図1:ここに示されているのは、抽象化レイヤーを含む、ソフトウェア/ハードウェアスタックの高レベルのビューです。

図1:ここに示されているのはソフトウェア/ハードウェアスタックの高レベルのビューです。Intelライブラリから提供されるMRAAは、HALの役目を果たし、多様なセンサーピンに接続するのに必要なロジックを簡素化します。MRAAは移植可能で、同じコードが複数のプラットフォームで動作するのを可能にします。これは、C++、Python、JavaScript、Javaなどで記述されたプログラムで可能となります。

Arduinoのような開発プラットフォームでは、コードの記述、コンテンツへのアクセス、ボードの設定、プロジェクトの共有に、統合オンライン・プラットフォームのArduino Createが使用されています。これはArduinoシリーズのほとんどの製品と同様で、すべてのレベルの開発者が使用できます。Raspberry Piでは、複数の統合開発環境(IDE)が利用可能です。MRAAは、ArduinoとRaspberry Piの両方のプラットフォームはHALとして使用できることに注意してください。

この分野の開発者は、 UPMも忘れてはなりません。UPMは本質的に、IoTソリューションで一般的なセンサーやアクチュエータを簡単に接続して使用できるようにする高レベルのAPIを備えたセンサー・ライブラリです。これらのソフトウェア・ドライバはMRAAのAPIの呼び出しを使って、基盤となるハードウェアプラットフォームと対話します。ドライバはArduinoとRaspberry Piの両方のプラットフォームで使用できます。

SMARCがモジュールを定義

それは私たちをに戻します SMARC (Smart Mobility ARChitecture)に話を戻しましょう。SMARCは、低電力かつ低コストで高度な性能を備えたアプリケーション向けの、多機能で小型スモールフォームファクタのコンピュータで使用するモジュール規格です。仕様によれば、SMARCモジュールは-20℃から+85℃の温度範囲に対応します。(-40℃~+85℃の温度範囲に対応しているSMARCモジュールもあります。)SMARCの仕様は、SGET(Standardization Group for Embedded Technologies)によって策定されました。).

設計をシンプルにするため、これらのハードウェアおよびソフトウェア・コンポーネントはすべて、 ADLINKのIndustrial Pi(I-Pi)SMARC開発キット (図2)に同梱されています。同キットには、電源、USBプログラミング・ケーブル、Linuxオペレーティングシステムを収納したSDメモリカードが付属しています。また、I-Pi SMARCを取り囲む透明なアクリルシールドは、内容物を保護するのに役立ちます。

ADLINKのI-PiSMARC開発キット<br />図2:ADLINKのI-PiSMARC開発キット。 ADLINKのI-PiSMARC開発キットには、エンジニアが産業用プロトタイプを開始するために必要なすべてのものが含まれています。 (画像ソース:ADLINK)

図2:ADLINKのI-PiSMARC開発キット。 ADLINKのI-Pi SMARC開発キットには、産業用プロトタイプを開始するのに必要なすべてが含まれています。(画像提供: ADLINK)I-Pi SMARCの裏側(図3)を見ると、I-Piは外界とをつなぐすべてのインタフェースを実装した大型のキャリアボードで、SMARCプロセッサ・モジュールはI-Piキャリアに搭載された小型のボードであることが分かります。キットには、Raspberry Piなどのプラットフォームにはない、IoTベースの組込みシステムやリアルタイム・クロック(RTC)などのデバイスを作成するのに必要な機能も含まれています。

ADLINKのI-PiキャリアとSMARC処理モジュールの下側<br />図3:ADLINKのI-PiキャリアとSMARC処理モジュールの下側を示しています。 (画像ソース:ADLINK)

図3:ADLINKのI-PiキャリアとSMARC処理モジュールの下側を示しています。 (画像ソース:ADLINK)

コンシューマとプロフェッショナルの違い

Raspberry PiやArduinoなどのコンシューマ・プラットフォームと、ADLINKのI-Pi SMARCなどのプロフェッショナル製品は全く異なります。前述したように、Raspberry PiやArduinoなどのコンシューマ市場向けの製品を扱う設計者は、必要時に部品を簡単に交換できます。また、通常、変更がエンドユーザーに通知されることはありません(実際、その必要もありません)。

一方、産業部門では、話が全く異なります。ADLINKのI-Pi SMARCは、業界基準のECN(I-Pi SMARC)やPCN(プロセス変更通知)の慣行に従います。これにより、エンドユーザーは変更箇所と変更理由を記録した監査証跡にアクセスできるようになります。

製品の品質に問題が生じた場合の報告と解決方法の開示についても同様の議論ができます。これは、Raspberry PiやArduinoでは不可能です。ADLINKのI-Pi SMARCではそれが可能であるだけでなく、プロセスを容易にするために、報告や解決方法の開示も含められます。また、アフター・サービスおよび返品保証(RMA)も忘れないでください。ADLINKは行き届いた保証とサービスで、I-Pi SMARCをサポートします。

長期可用性

産業用製品に求められる条件の1つは長期的な可用性です。中には、7年から10年以上の可用性が求められる場合もあります。Raspberry PiやArduinoのようなコンシューマ向けプラットフォームには寿命の保証がないどころか、率直に言って、可用性は期待されていません。それらの製品の提供はいつでも予告なしに停止できます。ADLINKは、I-Pi SMARCの可用性を10年間保証します。ADLINKのI-Pi SMARC開発キットには、様々なデプロイメント・オプションが用意されています。幸いにも、ArduinoやRaspberry Piプラットフォームを使用してプロトタイプを作成したことがある開発者なら、ADLINKのI-Pi SMARC開発キットにより、それらのセンサー・エコシステムやライブラリを活用して、自分の設計を産業環境に移行できます。

プロトタイプから本格生産に移行する準備が整った場合、I-Pi Carrierのオープンソース仕様は開発者が独自のキャリアを作成する出発点となります。アプリケーションに必要な機能とインタフェースだけをキャリアに実装したい場合、これはコスト削減に役立ちます。使用の見込みのない機能をオンボードに搭載しても意味がありません。

要約すれば、開発者は自分の希望する出発点を選択し、産業要件に最適なゴールを設定できるのです。

ADLINKのIndustrial-Pi (I-Pi) SMARCの詳細については、https://ipi.wiki/を参照してください。 https://ipi.wiki/.

著者:ヘンリ・パルマンティエ
著者:ヘンリ・パルマンティエ

ADLINKTechnologyのシニアマネージャーEPM-ModulesProduct Center