วิธีการสร้างต้นแบบอุปกรณ์ IoT อย่างรวดเร็วโดยใช้โหนด IoT B-L4S5I-IOT01A Discovery Kit

เนื่องจากอุปกรณ์เชื่อมต่อกับ Internet of Things (IoT) มากขึ้นเรื่อยๆ นักพัฒนาที่เริ่มต้นจากศูนย์จึงตระหนักว่ายังไม่ตรงไปตรงมาอย่างที่คิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากกำหนดการแน่นและค่าใช้จ่ายมีจำกัด ตั้งแต่การเลือกสภาพแวดล้อมการพัฒนาที่เชื่อถือได้ ปลอดภัย และได้รับการสนับสนุนอย่างดี ไปจนถึงการเลือกซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่เข้ากันได้ ปรากฎว่าการออกแบบและการสร้างอุปกรณ์ IoT ยังคงต้องการชุดทักษะที่หลากหลาย

สิ่งที่นักพัฒนาต้องการมากขึ้นคือการเข้าถึงโซลูชันที่ปลอดภัย ไลบรารีการเชื่อมต่อบนคลาวด์ RTOS และแพลตฟอร์มการพัฒนาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่เข้ากันได้ซึ่งมีเซ็นเซอร์ที่ผสานรวมเข้าด้วยกัน ทั้งหมดนี้รวมอยู่ในแพ็คเกจเดียวที่ปรับขนาดได้

บทความนี้กล่าวถึงวิธีที่นักออกแบบ IoT สามารถสร้างต้นแบบผลิตภัณฑ์ของตนได้อย่างรวดเร็วโดยใช้STMicroelectronicsB-L4S5I-IOT01A Discovery Kit โหนด IoT โดยจะตรวจสอบความสามารถของไมโครคอนโทรลเลอร์ออนบอร์ด เซ็นเซอร์และตัวเลือกการกำหนดค่ามากมาย และวิธีการเชื่อมต่อกับ Amazon Web Services (AWS) และเริ่มสร้างต้นแบบและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอย่างรวดเร็ว

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับโหนด IoT ของ B-L4S5I-IOT01A Discovery Kit

บอร์ด B-L4S5I-IOT01A Discovery เป็นบอร์ดพัฒนาแบบครบวงจรที่สามารถใช้เพื่อสร้างต้นแบบอุปกรณ์ IoT แบบฝังได้เกือบทุกแบบ (รูปที่ 1) บอร์ดนี้มีพลังการประมวลผล เซ็นเซอร์ และความสามารถในการขยายที่เพียงพอ เพื่อทำให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์ฝังตัวฝันกลางวันเกี่ยวกับแอปพลิเคชันที่พวกเขาสามารถสร้างได้ บอร์ด B-L4S5I-IOT01A ขึ้นอยู่กับSTM32L4S5VIT6 พลังงานต่ำอาร์ม® โปรเซสเซอร์ Cortex®-M4 ทำงานที่ 120 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) รองรับโปรแกรมแฟลช 2 เมกะไบต์ (Mbytes) และ SRAM 640 กิโลไบต์ (Kbytes) STM32L4S5VIT6 ยังมีคุณสมบัติที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชัน IoT เช่น:

• หน่วยจุดลอยตัว (FPU)
• ตัวควบคุมการเข้าถึงหน่วยความจำแบบไดนามิก (DMA) 14 ช่องสัญญาณ
• ตัวเร่งฮาร์ดแวร์เข้ารหัส AES และ HASH
• คุณสมบัติกราฟิกขั้นสูง
• คะแนนมาตรฐานพลังงาน 233 ULPMark CP

รูปที่ 1: B-L4S5I-IOT01A ใช้โปรเซสเซอร์ Arm Cortex-M4 ที่ทำงานด้วยความเร็วสูงสุด 120 MHz พร้อมหน่วยความจำแฟลช 2 Mbytes, RAM 640 Kbytes, การเชื่อมต่อไร้สาย และเซ็นเซอร์หลายตัว (แหล่งรูปภาพ: STMicroelectronics)

กำลังการประมวลผลและประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพียงอย่างเดียวไม่ได้สร้างแพลตฟอร์มต้นแบบที่รวดเร็วอย่างยอดเยี่ยม บอร์ดค้นพบยังมาพร้อมกับการเชื่อมต่อไร้สายในรูปแบบของโมดูล Wi-Fi ที่สอดคล้องกับ 802.11b/g/n (ISM43362-M3G-L44 ) จากInventek Systems และโมดูล Bluetooth 4.1 จาก STMicroelectronics รวมถึงเซ็นเซอร์ต่างๆ เหล่านี้รวมถึงสอง MP34DT01 ไมโครโฟนรอบทิศทางแบบดิจิตอล one HTS221 เซ็นเซอร์ดิจิตอล capacitive สำหรับความชื้นสัมพัทธ์และอุณหภูมิและหนึ่งLIS3MDL เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กแบบสามแกนประสิทธิภาพสูง

รายการข้างต้นไม่ครอบคลุม: สามารถพบคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมได้ที่นี่ ต่อไป สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบเครื่องมือซอฟต์แวร์และสแต็กที่พร้อมใช้งานเพื่อเร่งการพัฒนา

ระบบนิเวศ STM32

ระบบนิเวศรอบ ๆ คณะกรรมการพัฒนาใด ๆ กำหนดว่าทีมสามารถสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วหรือไม่ ตัวอย่างเช่น ในการสร้างต้นแบบอุปกรณ์ IoT ด้วย B-L4S5I-IOT01A นักพัฒนาจำเป็นต้องเข้าถึงคอมไพเลอร์ สภาพแวดล้อมการพัฒนาแบบรวม (IDE) ไลบรารีไดรเวอร์ เครื่องมือกำหนดค่า และซอฟต์แวร์สำหรับการอัพเดตเฟิร์มแวร์ บอร์ด B-L4S5I-IOT01A Discovery รองรับความต้องการเหล่านี้ทั้งหมด

นักพัฒนาหลายคนใช้ Eclipse และคอมไพเลอร์ GNU C สำหรับสภาพแวดล้อมการพัฒนา STMicroelectronics ให้เครื่องมือฟรีSTM32CubeIDE (ภาพที่ 2) ช่วยให้นักพัฒนาสามารถเขียนและสร้างโครงการซอฟต์แวร์ของตนได้ STM32CubeIDE ช่วยให้สามารถเข้าถึงสภาพแวดล้อมการพัฒนาซอฟต์แวร์ผ่านมุมมองต่างๆ เครื่องมือกำหนดค่าไมโครคอนโทรลเลอร์ และสภาพแวดล้อมการดีบัก

รูปที่ 2: STM32CubeIDE มอบ IDE ให้กับนักพัฒนาเพื่อสร้าง กำหนดค่า และจัดการซอฟต์แวร์ฝังตัวของอุปกรณ์ IoT (แหล่งรูปภาพ: Beningo Embedded Group)

STM32CubeIDE ไม่เพียงแต่มอบวิธีการสร้าง สร้าง และจัดการโครงการซอฟต์แวร์เท่านั้น แต่ยังมีอินเทอร์เฟซสำหรับSTM32CubeMx . STM32CubeMx เป็นเครื่องมือกำหนดค่าไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ช่วยให้นักพัฒนาสามารถกำหนดค่าแผนผังนาฬิกา อุปกรณ์ต่อพ่วง เซ็นเซอร์ และมิดเดิลแวร์ นักพัฒนากำหนดค่าการตั้งค่า จากนั้น toolchain จะสร้างไดรเวอร์และไฟล์การกำหนดค่า ซึ่งช่วยลดเวลาในการพัฒนาอย่างมาก และช่วยให้นักพัฒนามุ่งเน้นไปที่โค้ดของแอปพลิเคชัน ไม่ใช่โค้ดโครงสร้างพื้นฐานมาตรฐาน

นอกเหนือจากการกำหนดค่าและการปรับใช้ codebase แล้ว ระบบนิเวศ STM32 ยังมาพร้อมกับเครื่องมือที่มีประโยชน์มากมายสำหรับนักพัฒนาที่ทำงานในระดับแนวหน้า ตัวอย่างเช่น นักพัฒนาที่ต้องการใช้ประโยชน์จากการเรียนรู้ของเครื่องในแอปพลิเคชันของตนได้STM32Cube.AI ส่วนขยาย X-CUBE-AI ซึ่งจัดเตรียมเฟรมเวิร์กที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแปลง ตรวจสอบ และรันการอนุมานบน STM32 ให้กับทีม ตัวอย่างเช่น นักพัฒนาสามารถฝึกโมเดลโดยใช้ TensorFlow Lite แล้วแปลงโมเดลในเวลาเพียงไม่กี่นาทีเป็นโค้ด C ที่ทำงานบนไมโครคอนโทรลเลอร์ นอกจากนี้ยังมีชุดส่วนขยายพร้อมซอฟต์แวร์ที่พร้อมใช้งานซึ่งรวมถึง:

• FP-AI-FACEREC สำหรับการใช้งานจดจำใบหน้า
• FP-AI-NANOEDG1 สำหรับการใช้งานตรวจสอบสภาพ
• FP-AI-VISION1 สำหรับการใช้งานจำแนกภาพ
• FP-AI-SENSING1 สำหรับการใช้งานจำแนกเสียงและฉาก

อุปกรณ์ IoT ทุกเครื่องควรพิจารณาถึงความปลอดภัย แม้ในช่วงขั้นตอนการสร้างต้นแบบที่รวดเร็ว เว็บในปัจจุบันเต็มไปด้วยการโจมตีที่ไม่หยุดยั้ง การละเมิดความปลอดภัย และการใช้ประโยชน์จากข้อมูลธุรกิจและข้อมูลลูกค้า ดังนั้น แพลตฟอร์มการสร้างต้นแบบที่รวดเร็วควรมีความสามารถในการปรับขนาดเป็นระบบการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ คณะกรรมการค้นพบสามารถใช้ประโยชน์จาก STMicroelectronicsSecure Boot Secure Firmware Update (SBSFU) ซอฟต์แวร์สแต็คเพื่อให้นักพัฒนามีความสามารถนี้ SBSFU มีอยู่ในชุดฟังก์ชัน X-CUBE-SBSFU ซึ่งให้:

• บริการ Root-of-trust (RoT)
• บริการจัดการคีย์ที่ปลอดภัย
• รูปแบบการเข้ารหัส
• บริการอัปเดตเฟิร์มแวร์ที่ปลอดภัย

ระบบนิเวศรอบๆ บอร์ด B-L4S5I-IOT01A Discovery นั้นสมบูรณ์ด้วยชุดฟังก์ชันและเครื่องมือที่พร้อมใช้งานมากมาย เพื่อช่วยให้นักพัฒนาสามารถเริ่มต้นได้อย่างรวดเร็ว นักพัฒนา IoT หลายคนสนใจX-CUBE-AWS แพ็คเกจที่มอบทุกสิ่งที่จำเป็นในการเชื่อมต่อกับคลาวด์เมื่อใช้ AWS มาดูกันว่านักพัฒนาจะทำอย่างไร

กำลังเชื่อมต่อกับระบบคลาวด์

ในการเริ่มต้นใช้งานระบบคลาวด์ นักพัฒนาต้องดาวน์โหลด X-CUBE-AWS แพ็คเกจซอฟต์แวร์มาในรูปแบบไฟล์ zip ที่มีหลายโครงการที่ออกแบบมาเพื่อทำงานบน B-L4S5I-IOT01A เช่น:

• Bootloader_KMS
• Bootloader_STSAFE
• คลาวด์

โครงการเหล่านี้อยู่ภายใต้:

โครงการ/B-L4S5I-IOT01A/แอปพลิเคชัน/

ด้วยโครงการ AWS Cloud ที่อยู่ภายใต้:

คลาวด์/aws_demos

โปรเจ็กต์ระบบคลาวด์พร้อมใช้งานสำหรับ STM32Cube IDE, Keil และ IAR แน่นอน นักพัฒนาสามารถพอร์ตสิ่งเหล่านี้ไปยัง IDE อื่น ๆ ได้ แต่ทั้งสามสิ่งนี้มักใช้ในอุตสาหกรรม

นักพัฒนาซอฟต์แวร์ไม่จำเป็นต้องคิดหาวิธีทำให้โปรเจ็กต์ทำงานอย่างอิสระ มีเอกสารอันมีค่ามากมายที่สามารถช่วยให้พวกเขาเริ่มต้นได้อย่างรวดเร็ว อันดับแรก ภายในไดเร็กทอรีโครงการหลัก จะมีไฟล์ Release_Notes.html ไฟล์นี้มีข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับโครงการพร้อมกับข้อจำกัดและข้อมูลอ้างอิงที่มีค่า

ต่อไปมีคู่มือเริ่มต้นใช้งาน ที่อธิบายวิธีเชื่อมต่อกับ AWS โดยใช้โปรเจ็กต์ เอกสารนี้อธิบายวิธีเชื่อมต่อกับ AWS พร้อมกับข้อมูลสแต็กและซอฟต์แวร์ (รูปที่ 3) เอกสารนี้ยังอธิบายรายละเอียดของชุดซอฟต์แวร์ ซึ่งจะช่วยให้นักพัฒนาเข้าใจวิธีการจัดระเบียบและการเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นในการเชื่อมต่ออุปกรณ์กับระบบคลาวด์

รูปที่ 3: X-CUBE-AWS ให้ตัวอย่างเฟิร์มแวร์และแอปพลิเคชันที่จำเป็นในการเชื่อมต่อกับ AWS และพัฒนา IoT Thing ที่สามารถเชื่อมต่อกับ AWS (แหล่งรูปภาพ: STMicroelectronics)

วิธีที่ง่ายที่สุดในการเชื่อมต่อกับระบบคลาวด์คือการเรียกใช้เอกสารการเริ่มต้นใช้งานและทำตามบทช่วยสอน นอกจากบทช่วยสอนแล้ว ยังมีแหล่งอ้างอิงเพิ่มเติมอีกหลายแห่งที่นักพัฒนาสามารถใช้เพื่อเพิ่มความเร็วด้วยแพ็คเกจซอฟต์แวร์ ซึ่งรวมถึง:

• ขั้นตอนต่อไป FreeRTOS
• คู่มือผู้ใช้การอัปเดต OTA
• การตั้งค่าบัญชีหลักและข้อมูลรับรอง IoT

ระหว่างเอกสารเหล่านี้ นักพัฒนาสามารถเริ่มต้นและใช้งานแอปพลิเคชันระบบคลาวด์ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับแอปพลิเคชันอุปกรณ์ IoT ของตนเองได้

คำแนะนำและเคล็ดลับในการใช้ B-L4S5I-IOT01A Discovery Board

B-L4S5I-IOT01A Discovery Board มีคุณสมบัติและความสามารถมากมายที่นักพัฒนาสามารถใช้เพื่อสร้างต้นแบบผลิตภัณฑ์แบบฝังตัวได้อย่างรวดเร็ว ด้านล่างนี้คือ "เคล็ดลับและกลเม็ด" ที่นักพัฒนาซอฟต์แวร์ควรจำไว้ ซึ่งจะทำให้การพัฒนาง่ายขึ้นและเร็วขึ้น เช่น:

• ใช้ประโยชน์จาก X-CUBE-AWS อย่างเต็มที่เพื่อเชื่อมต่อกับ AWS ได้อย่างง่ายดาย แพ็คเกจซอฟต์แวร์มาพร้อมกับ FreeRTOS ที่พอร์ตไปยังบอร์ดพัฒนาแล้ว นักพัฒนาจำเป็นต้องจัดเตรียมอุปกรณ์เพื่อเชื่อมต่อกับระบบคลาวด์เท่านั้น
• อ่านเอกสารการเริ่มต้นใช้งานอย่างละเอียดถี่ถ้วน เอกสารประกอบมีขั้นตอนที่จำเป็นในการอัปเดตเฟิร์มแวร์และเชื่อมต่อกับ AWS
• ทดลองกับตัวอย่างความสามารถในการอัปเดตแบบ over-the-air (OTA) ความจำเป็นในการแก้ไขและอัปเดตอุปกรณ์ IoT ในภาคสนามเป็นสิ่งสำคัญ นักพัฒนาซอฟต์แวร์ควรตระหนักถึงความสามารถและข้อจำกัดใด ๆ ของการอัปเดตเฟิร์มแวร์ที่ปลอดภัย
• หลีกเลี่ยงการเริ่มต้นจากศูนย์โดยใช้ประโยชน์จากชุดฟังก์ชันของ STMicroelectronic ซึ่งช่วยให้นักพัฒนาสามารถเริ่มต้นใช้งานความสามารถและการทำงานของอุปกรณ์ได้อย่างรวดเร็ว ชุดฟังก์ชันเหล่านี้สามารถเร่งการพัฒนาได้อย่างมาก
• ใช้เวลาในการอ่านเอกสาร STSAFE และทำความเข้าใจว่าองค์ประกอบความปลอดภัยสามารถปรับปรุงความปลอดภัยของอุปกรณ์ได้อย่างไร การรักษาความปลอดภัยต้องสร้างขึ้นในอุปกรณ์ตั้งแต่เริ่มต้น ดังนั้นต้องทำในระหว่างขั้นตอนการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว

นักพัฒนาที่ปฏิบัติตาม "คำแนะนำและเคล็ดลับ" เหล่านี้จะพบว่าพวกเขาประหยัดเวลาและความเศร้าโศกได้ไม่น้อยเมื่อสร้างต้นแบบแอปพลิเคชันของตน

สรุป

การพัฒนาอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ IoT ตั้งแต่เริ่มต้นยังคงมีอุปสรรคและข้อผิดพลาดมากมายที่อาจทำให้กำหนดการล่าช้าและนำไปสู่การเกินต้นทุน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ นักพัฒนาสามารถใช้ B-L4S5I-IOT01A Discovery Board เพื่อสร้างต้นแบบแอปพลิเคชันที่เชื่อมต่อได้อย่างรวดเร็ว สแต็คซอฟต์แวร์ แพ็กเสริม และระบบนิเวศของ STMicroelectronics ช่วยให้นักพัฒนามีร้านค้าครบวงจรในการผสานรวมซอฟต์แวร์และเร่งการนำไปใช้งานอย่างง่ายดาย B-L4S5I-IOT01A ยังมีความสามารถอย่างเต็มที่กับความต้องการของอุปกรณ์ที่ทันสมัย เช่น การเชื่อมต่อบนคลาวด์ การบูตเฟิร์มแวร์ที่ปลอดภัยด้วย OTA และแม้กระทั่งการเรียกใช้แอปพลิเคชันการเรียนรู้ของเครื่องขั้นพื้นฐาน