Płytki z rodziny Arduino są znane i lubiane na całym świecie ze względu na swoją uniwersalność i łatwość programowania. Poznajcie Arduino Portenta H7.
Najczęściej spotykane wersje Arduino – Uno, Mega 2560 czy Nano – bazują na 8-bitowych mikrokontrolerach z rodziny AVR – stosunkowo prostych, o niewielkiej wydajności obliczeniowej, która jednak w zupełności wystarcza do wielu zastosowań. Liczne aplikacje wymagają jednak bardziej zaawansowanych rozwiązań, które zapewnią programiście możliwość uruchamiania złożonych funkcjonalności – systemów operacyjnych, łączności internetowej Wi-Fi czy komunikacji z urządzeniami mobilnymi (Bluetooth).
Co prawda istnieją dziesiątki nakładek Arduino Shield wyposażonych w jeden lub więcej modułów radiowych, ale ograniczeniem pozostaje wydajność obliczeniowa i rozmiary pamięci głównego mikrokontrolera. Firma Arduino nie próżnuje jednak w zakresie podążania za aktualnymi trendami rynkowymi i stale wprowadza nowe moduły główne. Najnowszą propozycją włoskiej firmy jest Arduino Portenta H7, która już na pierwszy rzut oka wyraźnie odróżnia się od najpopularniejszych płytek tej marki.
Maleńka płytka o niewiarygodnych możliwościach
W pierwszym kwartale 2020 roku firma Arduino poinformowała o przedsprzedaży płytek z nowej serii Arduino Portenta H7. Na niewielkiej, podłużnej płytce drukowanej znalazł się potężny procesor oraz szereg układów-rozszerzeń możliwości nowego Arduino. Zwróćcie uwagę na brak konieczności używania jakichkolwiek dodatkowych modułów lub nakładek – no, może oprócz Arduino Portenta Carrier Board, ale to w niektórych sytuacjach, o czym poniżej.
Sercem Arduino Portenta H7 jest dwurdzeniowy układ STM32H747XI kryjący w swojej strukturze 32-bitowy procesor ARM Cortex-M7 o maksymalnej częstotliwości taktowania 480 MHz oraz drugi, mniejszy rdzeń, doskonały do szybkiej realizacji wszelkich zadań – ARM Cortex-M4 o taktowaniu do 240 MHz. Układ zawiera wbudowany akcelerator graficzny, cztery kontrolery DMA i ogromny zestaw bloków peryferyjnych. Składa się na nie pokaźna ilość sprzętowych timerów, dwa kontrolery USB OTG, trzy przetworniki analogowo-cyfrowe o rozdzielczości do 16 bitów, dwa 12-bitowe konwertery DAC i wiele innych. Pamięć RAM ma łączną pojemność aż 1 MB, a pamięć Flash w procesorach tej serii może osiągać rozmiar nawet 2 MB. Te sugestywne parametry ukazują, jak dobrze w zakresie przetwarzania danych i uruchamiania systemów radzi sobie Portenta H7.
Łączność według najnowszych standardów
Na płytce drukowanej Arduino Portenta H7 znalazł się zintegrowany moduł radiowy Murata 1DX. Układ obsługuje łączność Wi-Fi zgodną ze standardami IEEE 802.11b/g/n z prędkością do 65 Mb/s oraz najnowocześniejszy protokół Bluetooth 5.1 BR/EDR/LE. Istotną zaletą nowego Arduino jest obecność wbudowanej anteny SMD, która eliminuje konieczność samodzielnego dołączania zewnętrznej anteny prętowej lub mikropaskowej. Co ważne, na płytce znalazł się także sprzętowy układ SE050 firmy NXP, którego zadaniem jest bezpieczne przechowywanie informacji, niezbędnych do uwierzytelniania modułu w aplikacjach korzystających z chmury. Arduino Portenta H7 pozwala także na łączność przewodową za pomocą interfejsu Ethernet 10/100 Mb/s, co z uwagi na ograniczenia wymiarowe akurat wymaga użycia nakładki Arduino Portenta Carrier Board. Zamiast złączy mini-USB lub micro-USB, znanych z „klasycznego” Arduino, Portenta H7 korzysta z nowoczesnego USB C obsługującego tryby host oraz device, a ponadto udostępniającego interfejs Display Port.
Nielimitowane możliwości rozbudowy
Portenta korzysta z rozstawu i układu połączeń linii zasilania oraz GPIO znanych z płytek należących do nieco wcześniej wprowadzonej na rynek linii Arduino MKR. Oprócz złączy goldpin 2,54 mm ułożonych na obu dłuższych bokach płytki drukowanej Arduino Portenta H7 udostępnia także wielokrotnie więcej linii GPIO – w tym celu producent zainstalował dwa 80-pinowe złącza na spodniej stronie PCB, dzięki czemu możliwe jest skorzystanie m.in. z interfejsu SDIO dla kart micro-SD (do tego celu przyda się nakładka Arduino Portenta Carrier Board).
Warto dodać, że płytka udostępnia także wbudowaną ładowarkę dla 1-ogniwowych akumulatorów litowo-polimerowych o napięciu 3,7 V – dzięki temu nowe Arduino stanowi praktycznie kompletne urządzenie, które nie wymaga od projektanta samodzielnego planowania obwodów zasilania.
Potencjalne zastosowania Arduino Portenta H7
Podstawowym zastosowaniem najnowszego modułu Arduino Portenta H7 są wszelkiego rodzaju aplikacje z obszaru Internetu Rzeczy (IoT) – wszelkiego rodzaju urządzenia, które do pracy wymagają automatycznej łączności z serwerem lub chmurą. Zdalne monitorowanie urządzeń lub stanu czujników, rozwiązania z zakresu automatyki budynkowej czy nawet inteligentnych pojazdów – zakres jest praktycznie nieograniczony, a niewielkie wymiary, niski pobór mocy (płytka została zaprojektowana z dużym naciskiem na energooszczędność), a także możliwość wyboru rozmiarów pamięci (planowane jest wdrożenie szeregu wersji różniących się pojemnością zewnętrznych pamięci Flash i RAM) pozwalają na wykorzystanie Arduino Portenta H7 w bardzo zróżnicowanych rolach.
Warto także wspomnieć o kompatybilności nowej płytki z różnymi pakietami oprogramowania – oprócz środowiska Arduino możliwe jest także użycie ekosystemów i języków programowania takich, jak Micropython, Javascript czy TensorFlow. Ten ostatni jest dedykowany aplikacjom z zakresu sztucznej inteligencji (AI) i umożliwia tworzenie oprogramowania opartego m.in. na bazie sztucznych sieci neuronowych.
I przy okazji Python, Java, prosta sprawa – za świetne wprowadzenie do języków programowania posłużą nasze książki, czasopisma i kursy (także kursy video).
