AirPrime WP - pierwszy moduł z Linuksem na pokładzie

Rys. 1. Moduł AirPrime WP oraz złącze snap-in socket do prototypowania

Obecnie wymagania stawiane takim komponentom są jeszcze większe, stąd Sierra Wireless - obecny właściciel praw do marki Wavecom wprowadziła ostatnio na rynek na rynek kolejne nowatorskie rozwiązanie - moduł GSM o małych wymiarach napędzany mocnym procesorem, pracujący pod kontrolą systemu Linux oraz natywnie współpracujący z chmurą.

AirPrime WP, bo tak nazywa się nowa rodzina modułów, to więcej niż tylko standardowy moduł komórkowy. To nowa generacja rozwiązań komunikacyjnych typu System on Module (SoM) opartych na platformie linuksowej upraszczającej tworzenie zaawansowanych rozwiązań M2M oraz IoT.

Jest on przeznaczony do montażu SMT, został umieszczony w kompaktowej obudowie o wymiarach 22×23 mm i ma wspólny dla wszystkich nowych modułów Sierry Wireless rozkład wyprowadzeń (form factor) CF3, pozwalając na przyszłe migracje do innych technologii komunikacyjnych, jak na przykład LTE Cat-M. Do celów prototypowania dostępne jest złącze snap-in socket pozwalające na wymianę modułów WP (patrz rys. 1).

Zasoby, Linux Yocto

AirPrime WP wyposażony jest w specjalizowany procesor aplikacyjny z rdzeniem ARM Cortex-A5 (550 MHz) oraz niezależną jednostkę do obsługi funkcji komunikacyjnych Dual QDSP6 (600 MHz). Daje to pewność, że nie zabraknie wydajności oraz komunikacja nie będzie obciążać procesora aplikacyjnego. Do dyspozycji programisty jest 128 MB pamięci RAM oraz 256 MB Flash.

Moduły AirPrime mają również wbudowany odbiornik GNSS oraz szeroką gamę interfejsów zewnętrznych jak porty m.in. UART, USB, I²C, SDIO, ADC, SPI. Jednak to nie tylko platforma sprzętowa stanowi o jego wyjątkowości. Całość pracuje pod kontrolą systemu operacyjnego Linux. Jest to wersja przeznaczona na jednostki embedded - Linux Yocto oparta stabilnym jądrze LTSI Kernel 3.14, czyli rozwiązaniu spotykanym do tej pory w routerach.

Dzięki temu użytkownik ma dostęp do niezliczonej liczby pakietów Open Embedded zweryfikowanych przez Yocto Linux Fundation, jak na przykład: Busybox, eglibc, openssl, dhcp, ppp, openssh, dropbear, wget, alsa, iptables, bind i inne. Pakiet BSP (Board Support Package) pozwala natomiast na dostęp do elementów peryferyjnych WP, takich jak obsługa USB w trybach CDC-EEM, CDC-ECM, CDC-NCM, RmNet, Audio 2.0, CDC-ACM, Mass Storage, Ethernet over USB.

Ponadto dostępne narzędzia (Yocto bulding tools) pozwalają na modyfikację dystrybucji oraz jądra Linuksa, tak aby stworzyć wersję, która w najlepszy sposób sprosta oczekiwaniom programistów oraz w łatwy sposób pozwoli przenieść dotychczasowe aplikacje linuksowe z innych platform sprzętowych. Mamy możliwość dodawania sterowników oraz pakietów Yocto, a także modyfikacji przestrzeni użytkownika.

Legato Software Platform

Rys. 2. Architektura systemu AirPrime WP

Legato to oparta na Linuxie platforma Open Source Embedded stworzona w celu łatwiejszego tworzenia rozwiązań typ IoT oraz M2M. Pozwala na szybkie rozpoczęcie pracy nad projektem - Legato jest standardowo załadowane do modułów AirPrime WP. Zawiera szeroki wachlarz wysokopoziomowych funkcji API pozwalających na użycie wielu najczęściej wykorzystywanych serwisów, jak obsługa połączenia z Internetem, połączenie Voice, SMS, połączenie z chmurą Cloud AirVantage.

Ponadto Legato zapewnia kilka mechanizmów bezpieczeństwa poprawiających stabilność i niezawodność naszej aplikacji. Funkcja Sandbox pozwala na wydzielenie odrębnych środowisk dla każdej z uruchamianych aplikacji, tak że żadna z nich nie ma dostępu do systemu plików, a tylko do jego własnej kopii. Pozwala to na bezpieczne uruchamianie różnych aplikacji bez obawy o możliwość utraty danych, czy niestabilności działania systemu.

Legato wspiera wiele różnych języków programowania, dzięki czemu każdy programista może wybrać swój sposób na stworzenie rozwiązania, a także oferuje narzędzia diagnostyczne oraz środowisko programistyczne oparte na Eclipse dostępne zarówno pod Linux jak i pod Windows. Dla Linuxa dostępny jest również zestaw narzędzi command line. Możliwości i funkcje Legato są tak obszerne, że została im poświęcona dedykowana strona www.legato.io gdzie można znaleźć pełną dokumentację oraz wiele aplikacji przykładowych.

AirVantage Cloud

Trudno obecnie wyobrazić sobie projekt IoT, który nie uwzględniałby współpracy z jakimś rodzajem serwisu chmury. AirVantage Cloud jest obsługiwany przez moduły AirPrime WP w sposób natywny, a sam serwis można podzielić na cztery grupy usług:

• Device Management - umożliwia zarządzanie urządzeniami, historią połączeń, śledzeniem okresowego zużycia danych przez poszczególne urządzenie. Pozwala również na monitorowanie pozycji danego urządzenia (wersja WP z odbiornikiem GNSS), a także tworzenie i wysyłanie raportów i alertów,
• Application Enablement - to część Airvantage służąca do zbierania, analizy danych i przekazania ich za pomocą API do zewnętrznych aplikacji np. wizualizujących. Pozwala to na przesłanie pewnych danych telemetrycznych do serwisu AirVantage, a następnie za pomocą funkcji API pobranie ich do serwisu internetowego klienta,
• FOTA - Firmware over-the-air - moduły AirPrime WP umożliwiają nielimitowane aktualizacje oprogramowania z poziomu AirVantage. Dzięki temu można w urządzeniach zawsze mieć aktualną wersję bez względu na to, gdzie w tej chwili się znajdują,
• Connectivity Management - funkcja pozwala na zarządzanie kartami SIM z oferty Sierry Wireless, czyli monitorowanie zużytych danych transferu, włączanie/wyłączanie usług, blokowanie oraz aktywowanie subskrypcji, a nawet zmianę planu taryfowego.

Karta SIM Sierra Wireless

Rys. 3. Zestaw uruchomieniowy MangOH

Sierra Wireless chcąc zaoferować swoim klientom kompleksowe usługi przeznaczone dla rozwiązań M2M i IoT wprowadziła do swojej oferty globalne telemetryczne karty SIM. Sierra Wireless jest wirtualnym operatorem komórkowym i posiada całą infrastrukturę poza jej końcowym elementem, czyli stacjami BTS.

Profil działania karty SIM od Sierry Wireless został zoptymalizowany pod kątem zapewnienia jak najwyższego poziomu usług właśnie dla tego segmentu rynku. Karty te "badają" jakość sieci w kontekście QoS dla transmisji danych i zapewniają łączność w większości (wersja Lite) lub każdej (wersja Advanced) sieci na całym świecie.

Dzięki opcji eUICC możliwe jest także zdalne zmienianie operatora SIM dla kart już zainstalowanych w urządzeniu. Karta ma dwa numery IMSI. W przypadku problemów z zalogowaniem może zmienić przynależność sieci i w ten sposób zyskać możliwość zalogowania się do inne sieci. Jak już zostało wspomniane wcześniej, karty SIM są widoczne w systemie Airvantage i można tam je monitorować oraz nimi zarządzać.

Zestaw startowy MangOH

W celu ułatwienia rozpoczęcia prac i szybszym zapoznaniem się z możliwościami AirPrime WP stworzony został otwarty projekt o nazwie MangOH. Jest to tak naprawdę zestaw uruchomieniowy wyposażony w dwa złącza CF3 przeznaczone dla modułu WP oraz zestaw interfejsów zewnętrznych, pozwalających na komunikację z innymi urządzeniami, np. z Arduino.

Projektowi MangOH poświęcona została strona www.mangoh.io, gdzie można znaleźć wiele potrzebnych materiałów, jak dokumentacja, schematy, gerbery, listę BoM. Jest tam również forum użytkowników, które może pomóc znaleźć odpowiedzi na pytania pojawiające się podczas pracy nad projektem.

Podsumowanie

Podstawowe właściwości modułów z rodziny AirPrime WP

Przedstawiony opis możliwości oraz funkcji, jakimi dysponuje najnowsza platforma firmy Sierra Wireless to jedynie część z tego, na co tak naprawdę pozwala. Moduły są dostępne w kilku wersjach, w zależności od technologii komunikacyjnej, co przedstawione zostało w tabeli.

Na pewno programiści dobrze czujący się w środowiskach linuksowych docenią to rozwiązanie. Można śmiało powiedzieć, że tak mały układ oferujący tak wiele możliwości ma wszelkie predyspozycje, aby jak kiedyś moduły z Open AT na pokładzie wyznaczać nowe trendy na rynku modułów komunikacyjnych.

Adrian Chrzanowski
Kierownik Wsparcia Technicznego
Acte
www.acte.pl