EMBEDDED-SYSTEME & BAUGRUPPEN| EXPERTENBEITRAG DRINGEND GESUCHT: DER SCHNELLE WEG ZUM IOT Der IoT-Hype stellt umfangreiche Anforderungen an die Embedded-Entwickler-Community. Wegen kurzer Deadlines und knapper Ressourcen benötigen Embedded-Entwickler kostengünstige und zeitsparende Lösungen. Oft kann die Entwicklung basierend auf Embedded-Modulen einfacher, günstiger und erheblich schneller sein. TEX T: Wolfgang Heinz-Fischer BILD ER: iStock, leminuit; TQ-Systems Das Internet der Dinge umfasst die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte („Dinge“) mit einer virtuellen Repräsentation in vernetzten 12 Strukturen wie dem Internet. Im Mittelpunkt stehen die globale Verfügbarkeit von Daten und die daraus entstehenden Möglichkeiten der Analyse, Reaktion und Interaktion. Das Thema zeigt branchenübergreifende Relevanz und steht z. B. auch in engem Zusammenhang mit Begriffen wie Industrie 4.0. E&E | Ausgabe 6.2015 E X P E R T E N B E I T R A G | E M B E D D E D - S Y S T E M E & B A U G R U P P E N Der äußerst kompakte Box-PC QBox basiert auf der Intel Atom-E3800-Familie und bietet vielfältigen Möglichkeiten, die deutlich über die reine Gateway-Funktion hinausgehen. IoT kurbelt den Mikrocontroller-Umsatz an Viele Marktreports sehen in der prognostizierten Umsatzentwicklung von Mikrocontrollern/Mikroprozessoren in den nächsten Jahren einen eindeutigen Zusammenhang mit der Entwicklung des IoT-Marktes. So heißt es im McClean-Bericht u.a. „Die Mikrocontroller-Lieferungen stiegen im Jahr 2014 um 16 Prozent auf einen neuen Rekordwert von 18,6 Milliarden Stück“. Im Jahr 2012 lag die Prognose für 2014 noch bei 17,3 Milliarden Stück. Auch IC Insights sieht einen großen Teil des Wachstums im Mikrocontroller-Markt als Ergebnis der IoT-Entwicklungen. Die große Frage bleibt, wie teilt sich der Markt zwischen 8-Bit und 32-Bit auf? Einfache Geräte oder Produkte, wie sogenannte Wearables und Geräte in einem intelligenten Haus werden in aller Regel mit 8-Bit-Mikrocontrollern realisierbar sein. Bei Gateways oder komplexen Geräten sind aller Wahrscheinlichkeit nach 32-Bit-Prozessoren notwendig, um die Anforderungen an Sicherheitsfunktionen zu erfüllen. Damit sind diese Anwendungen jedoch erheblich komplexer und stellen hohe Anforderungen an den E&E | Ausgabe 6.2015 Entwicklungsprozess. Hier öffnet sich ein breites Feld für Embedded-Module, um die Aufgabenstellung elegant und zeitgerecht zu lösen. In jedem Fall ist der Griff zu fertigen Teillösungen günstiger, als ein komplexes Gerät von Grund auf neu zu entwickeln. IoT-Anwendungen können so einfacher, kostengünstiger und schneller bereitgestellt werden. Wearable bis Industrieanlage Einfache Lösungen, wie Wearables oder intelligente Sensoren, müssen nicht zwangsweise technologisch einfach sein. Der Einsatz eines Embedded-Moduls ist hier in aller Regel nicht sinnvoll. Schon die Anforderungen an Baugröße und Preis machen dies oft unmöglich. Sicher gibt es auch hier Ausnahmen, die jedoch sehr rar sind. Die nächste Stufe im Bereich IoT-Anbindung sind komplette Geräte oder Anlagen. In diesem Bereich muss man unterscheiden zwischen bestehenden Geräten und Anlagen auf der einen und Neuentwicklungen auf der anderen Seite. Ziel von IoT ist die Vernetzung aller Devices, also auch der Bestehenden. Viele Firmen scheuen sich jedoch vor dem Schritt, bestehende Geräte und EMBEDDED-SYSTEME & BAUGRUPPEN| EXPERTENBEITRAG Mit einer Größe von nur 40 mm x 26 mm passt das TQ-Modul TQMa28 in nahezu alle Geräte und Anwendungen. So sind u.a. IoT-fähige Handheld-Messgeräte denkbar. Systeme ans Internet anzubinden. Die Vorteile der globalen Datenverfügbarkeit zur übergeordneten Datenanalyse liegen zwar auf der Hand, im Regelfall fehlen jedoch die für das IoT benötigten Sicherheitskonzepte. Wichtigste Voraussetzung ist, den Zugriff durch unbefugte Dritte auszuschließen, sei es in Bezug auf Daten oder Gerätemanipulation. Diese Geräte sind meist nur für eine Anbindung an interne, gekapselte Netzwerke vorgesehen. Mit Sicherheit im Netz Sicherheitsfunktionen im Gerät selbst nachzurüsten ist oft nicht möglich oder gewünscht, da es entweder die bestehenden Softwareimplementierungen nicht zulassen oder ein zu großer Aufwand für die Nachrüstung und Pflege bestehen würde. Ein externer Gateway ermöglicht aber die Anbindung an übergeordnete Netzwerke für den Zugriff per Internet auf einfache Weise. Der Gateway kann Zugriffsrechte steuern, die Datenkommunikation verschlüsseln und zudem eine Schutzbarriere gegen aus dem Internet kommende Schadsoftware wie Viren und Trojaner gewährleisten. Um die notwendige Sicherheit durch Gateways zu gewährleisten, kommt es auf eine professionelle Implementierung an. Für höchste Zuverlässigkeit gibt es Lösungen, die durchgängige Sicherheitskonzepte bieten. Dafür müssen Hardware- und Softwarefunktionen eng zusammenarbeiten und gut aufeinander abgestimmt sein. Wie wichtig dieser Aspekt ist, bestätigt beispielsweise der Blick auf führende Prozessorhersteller, die noch vor einigen Jahren komplett auf die Realisierung in Hardware fokussiert waren. Heute bieten die meisten neben mehr 14 Security-Funktionen in Hardware, auch entsprechende Softwaretreiber oder Softwarepakete an. Gateway-Lösungen, als Standardprodukte bieten viele Embedded-Hersteller bereits heute. Das entsprechende Produkt bei TQ ist der äußerst kompakte Box-PC QBox, basierend auf der Intel-Atom-E3800-Familie, mit vielfältigen Features, die deutlich über die reine Gateway-Funktion hinausgehen. Für diese IoT-Anwendung ist also keine Entwicklung notwendig, es gibt ausreichend Angebote an fertigen Lösungen im Markt. Die primäre Aufgabe von Gateways im Zusammenhang mit IoT ist das Thema Sicherheit. Gateways können aber auch überall dort zum Einsatz kommen, wo eine Anbindung ans Internet auf Grund fehlender Kommunikations- und Netzwerksschnittstellen nicht möglich ist. Dies leisten jedoch nur die Gateways mit den entsprechenden Schnittstellen zum Gerät, wie z.B. CAN, was die Zahl der Anbieter erheblich einschränkt. Es gibt aber fertigen Lösungen. Wer auf zusätzliche Hardware verzichten möchte und dennoch eine gekapselte Sicherheitsbrücke zur Anbindung ans Internet benötigt, kann dieses mithilfe von integrierten Gateways realisieren. Diese Lösung ist jedoch erheblich aufwändiger. Aber auch hier gibt es fertige Lösungen am Markt beziehungsweise die entsprechende Designunterstützung. Der einfachste Weg ist sicher die Einbindung von Elementen eines Standard-Gateways. Die Frage bleibt, ob der Anbieter willens und der Lage ist, seine Standard Technologie entsprechend weiter zu geben. Das Ziel ist in jedem Fall eine kostengünstige Lösung zu realisieren. E&E | Ausgabe 6.2015 IoT fest eingebaut Die nächsten Generationen von Geräten sollten IoT-Funktionalität schon implementiert haben. Der einfachste Weg ist auch hier sicherlich der Einsatz eines entsprechenden Embedded-Moduls, das neben den Sicherheitsfeatures ausreichend Schnittstellen und Performance hat, auch das restliche Gerät zu steuern. Es gibt zwar eine Unzahl an Modulen, von denen aber viele nur die reine Connectivity zur Verfügung stellen, jedoch nicht die Sicherheitsanforderungen erfüllen. In diesem Fall ist es also wichtig, das Angebot ausführlich zu überprüfen. Auch hier gilt es zu beachten, was in Hardware und was in Software abgebildet ist und ob der Sicherheitslevel ausreichend ist. Als ein Beispiel kann das TQ-Modul TQMa28 dienen. Der eingesetzte Freescale-ARM9-Prozessor i.MX28 hat eine Fülle von Schnittstellen, wie u.a. Seriell, CAN, ADC, Grafik, SPI, I²C, GPIO und USB. Ethernet ist selbstverständlich. Das Modul ist lieferbar mit der WindRivers-IDP-2.0-Software. Diese bietet u.a. „Secure Data Transfer“, „Secure Boot“, „Secure Remote Management“ und „Secure Identification”. Mit einer Größe von nur 40 mm x 26 mm passt das Modul in nahezu alle Geräte und Anwendungen. So sind u.a. IoT-fähige Handheld-Messgeräte denkbar. TQ bietet umfassendes Entwicklungs-Know-how im Bereich des Internet of Things. TQ arbeitet eng mit den führenden Prozessorherstellern wie Intel, Freescale und Texas Instruments zusammen. Die Zusammenarbeit mit Software-Partnern wie beispielsweise Wind River und Sysgo erlauben zudem vollumfängliche Lösungsansätze für die Realisierung von IoT-Systemplattformen. ☐ E&E | Ausgabe 6.2015