Systemdesign

Designtipps für die Softwareentwicklung von Wearables

| Autor / Redakteur: Warren Kurisu * / Nico Litzel

Herausforderungen heterogener Multicore-Umgebungen

Bild 3: Der Interprozess-Kommunikationskanal (IPC) gestattet die Datenübertragung zwischen dem Master-Betriebssystem (Core 0) und dem Remote-Betriebssystem (Core 1) unter Berücksichtigung von Pufferzuweisung, Priorisierung der Nutzdaten und Konfiguration von Gerätebäumen
Bild 3: Der Interprozess-Kommunikationskanal (IPC) gestattet die Datenübertragung zwischen dem Master-Betriebssystem (Core 0) und dem Remote-Betriebssystem (Core 1) unter Berücksichtigung von Pufferzuweisung, Priorisierung der Nutzdaten und Konfiguration von Gerätebäumen (Bilder: Mentor Graphics)

Die Komplexität, die durch diese Architekturen entsteht, führt zu einer völlig neuen Art von Problemen hinsichtlich Entwicklung, Debugging und Optimierung eines Systems. Mit einem umfassenden Power-Management-Framework können Entwickler die vielen Herausforderungen bei heterogenen Multicore-Umgebungen managen. In erster Linie sind das Interprozesskommunikation (Inter-Process Communication, IPC) und Remote-Processor-Lifecycle-Management.

Interprozesskommunikation: Sobald das Master-Prozessor-Betriebssystem und der Anwendungs-Stack laufen, benötigen viele Wearable-Anwendungsfälle die Kommunikation mit anderen Teilen des Systems. Das Power-Management-Framework von Mentor Graphics bietet zum Aufbau eines Kommunikationskanals zwischen Master-Betriebssystem und den Remote-Betriebssystemen eine Implementierung (proprietäre Lizenz) eines Open-Source-Remote-Processor-Messaging-Features (rpmsg). So werden die Daten zwischen den beiden in einem Interprozessor-Kommunikationskanal (Bild 3) übertragen. Ein wichtiger Vorteil dieses Ansatzes ist die Möglichkeit, den Energiezustand der Slave-Cores von einem Master-Core aus zu steuern. Ungenutzte Cores und Anwendungen müssen nicht ausgeführt werden, wenn es der Anwendungsfall nicht erfordert.

Remote-Processor-Lifecycle-Management: Die Kontrolle über einen Remote-Prozessor zu übernehmen und dann ein Betriebssystem (oder einen Anwendungs-Stack) innerhalb dieses Remote-Prozessors zu starten oder zu stoppen, wird als Remote-Processor-Lifecycle-Management bezeichnet. Die Linux-Gemeinde hat zum Managen dieser Art von Szenarien ein Remote-Prozessor-Framework (remoteproc) in eine Open-Source-Umgebung aufgenommen und Mentor Graphics hat diese Technologie in sein Power-Management-Framework integriert.

Bild 4: Remote-Processor-Lifecycle-Management erlaubt es dem Master-Betriebssystem (Core 0), andere Betriebssysteme auf weitere Kerne zu bringen
Bild 4: Remote-Processor-Lifecycle-Management erlaubt es dem Master-Betriebssystem (Core 0), andere Betriebssysteme auf weitere Kerne zu bringen (Bilder: Mentor Graphics)

Mentors remoteproc-Funktion (Bild 4) erlaubt die Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Betriebssystemen wie Mentor Embedded Linux, Nucleus RTOS und Bare-Metal-Umgebungen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologien ist die verringerte Leistungsaufnahme. Wenn er nicht gebraucht wird, bleibt der Remote-Prozessor in einem Low-Power-Zustand. Das ist eine entscheidende Design-Anforderung.

IoT-Kommunikation und Protokolle

Wearables lassen sich über ein Gateway oder über die Cloud miteinander verbinden. Dafür müssen sie sowohl Standards unterstützen wie Wi-Fi, Bluetooth und/oder Bluetooth Low Energy (BLE) als auch Standards wie 6LowPAN und Thread. Für die Kommunikation zwischen Produkt und Gateway sowie zwischen Produkt und Cloud könnten Wearables auch Support für IoT-Protokolle wie CoAP, MQTT und XMPP bieten. Wie andere Funktionen müssen diese innerhalb und außerhalb der Lösung skalierbar sein, um die spezifischen Anforderungen von Wearables zu erfüllen.

Fazit: Die Zeit ist reif für Wearables

Die Welt der IoT-Wearables wächst von Tag zu Tag. Gute Rahmenbedingungen für Geschäftsmöglichkeiten bestehen dank der Kapazität der Internet- und Wireless-Bandbreite zusammen mit den Fortschritten bei Prozessoren und Geräten, der Standardisierung von IoT- und Kommunikationsprotokollen und effizienten Power-Management-Lösungen.

Unternehmen, die Wearables entwickeln, profitieren von einer hochskalierbaren Embedded-Entwicklungsplattform. Sie deckt die Anforderungen von kleinen ressourcenbeschränkten Systemen bis zu komplexeren Produkten ab, die heterogene Betriebssystemumgebungen auf homogenen oder heterogenen Architekturen unterstützen.

Dieser Artikel ist ursprünglich bei unserer Schwesterpublikation Elektronikpraxis erschienen. Verantwortlicher Redakteur: Franz Graser

* Warren Kurisu verantwortet bei Mentor Graphics das Embedded-Laufzeitplattform-Business, unter anderem für das Nucleus-Betriebssystem.

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