Spis treści:
- 1 Arduino Portenta - ewolucja trwa w najlepsze!
- 2 Arduino - jeden z liderów ruchu open-source
- 3 Arduino Portenta H7 - ogólna charakterystyka modułu
- 4 Arduino Portenta H7 - kompletna specyfikacja techniczna modułu
- 5 Arduino Portentna H7 - łączność z komputerem przez port USB typu C
- 6 Arduino Portenta H7 - bezpieczeństwo danych w aplikacjach IoT
- 7 Arduino Portenta X8 - dla jeszcze bardziej wymagających
- 8 Arduino Portenta - zastosowania praktyczne
Główni twórcy jak i współtwórcy projektu Arduino zdecydowanie nie spoczywają na laurach – poznajcie płytkę Arduino Portenta!
Arduino Portenta - ewolucja trwa w najlepsze!
W niniejszym artykule przedstawiamy Arduino Portenta – kolejną płytkę rozwojową, która oferuje użytkownikowi nowy wymiar możliwości konstrukcyjnych na potrzeby aplikacji embedded. Zobaczymy jakie parametry oferuje osprzęt płytki, gdzie można ją zastosować, a także ile ona kosztuje na rynku polskim.
Arduino - jeden z liderów ruchu open-source
Arduino jest jednym z niekwestionowanych liderów na polu sprzętu i oprogramowania dystrybuowanego na licencji open-source, które często możemy spotkać w projektach IoT. Świadczy o tym olbrzymia społeczność licząca kilkadziesiąt milionów użytkowników na całym Świecie oraz dziesiątki tysięcy projektów, które powstały w oparciu o małe, programowalne płytki elektroniczne w kolorze niebieskim lub seledynowym – choć z uwagi na licencję otwartego sprzętu i oprogramowania, powstało również sporo licencjonowanych klonów Arduino o innym kolorze płytki PCB. Współcześnie, Arduino możemy znaleźć w amatorskich projektach domowych o zróżnicowanym stopniu zaawansowania, a także w zastosowaniach profesjonalnych, które obejmują m.in. aparaturę pomiarową, a nawet badania kosmiczne realizowane przez NASA. Poznajmy zatem kolejny etap rozwoju platformy Arduino pod nazwą Portenta H7 – płytki, która zadebiutowała na targach Consumer Electronics Show odbywających się w dniach 07.01.2020 – 10.01.2020 w USA, w mieście Las Vegas w stanie Nevada.
Arduino Portenta H7 - ogólna charakterystyka modułu
Arduino Portenta H7 to model otwierający z serii Portenta, który powstał z myślą o wymagających aplikacjach embedded dla przemysłu, aplikacjach sztucznej inteligencji, a także robotyce. W konstrukcji tej płytki, wykorzystano dwurdzeniowy mikroprocesor STM32H747, który umożliwia równoległe wykonywanie operacji, dzięki czemu świetnie sobie radzi z przetwarzaniem kodu wysokopoziomowego w aplikacjach czasu rzeczywistego. Przykładowo, możemy jednocześnie wykonywać instrukcje zawarte w jednym programie utworzonym w środowisku Arduino IDE oraz w drugim programie, utworzonym w środowisku MicroPython. Co więcej, oba rdzenie wykonujące dwa różne zadania w tym samym czasie mogą pomiędzy sobą się komunikować i wymieniać wszelkie dane niezbędne do realizacji nawet najbardziej złożonych procesów!
Płytka Arduino Portenta H7 zapewnia wsparcie zarówno dla środowisk Arduino IDE, Python (w tym MicroPython dla systemów wbudowanych), a nawet JavaScript, co sprawia, że moduł ten jest adresowany do bardzo szerokiego grona programistów. Dwurdzeniowy mikroprocesor na płytce Portenta H7, zawiera w sobie rdzeń Cortex M7 taktowany zegarem 480MHz oraz rdzeń Cortex M4, który jest taktowany z częstotliwością 240MHz. Komunikacja pomiędzy rdzeniami jest realizowana metodą zdalnego wywoływania procedury (RPC). Konstrukcja płytki jest przystosowana do pracy w szerokim zakresie temperatur, tj. od -45°C do +85°C, dzięki czemu Portenta H7 znakomicie nadaje się do pracy na obiektach przemysłowych oraz wszędzie tam, gdzie warunki otoczenia są silnie niesprzyjające dla układów elektronicznych w wykonaniu standardowym.
Arduino Portenta H7 - kompletna specyfikacja techniczna modułu
Sercem modułu Portenta H7 jest układ ARM STM32H747XI, który zawiera w sobie dwa 32-bitowe rdzenie – Cortex M7 i Cortex M4, taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwościach odpowiednio: 480MHz i 240MHz – porównując do płytek takich jak Arduino UNO czy Arduino MEGA 2560 opartych na 8-bitowych układach AVR, użycie takiego mikroprocesora stanowi znaczny krok w przód i pozwala na wyciśnięcie znacznie wyższej mocy obliczeniowej do bardziej zaawansowanych zadań. Układ zawiera także pamięć RAM o pojemności 2MB i pamięć FLASH o pojemności 16MB. W kwestii układów peryferyjnych, znajdziemy tu 22 timery wraz z układem watchdog oraz poczwórny interfejs UART, dają szerokie możliwości współpracy z podzespołami zewnętrznymi. Płytka została wyposażona także w układ NXP SE050C2 EdgeLock, który odpowiada za szyfrowanie i zabezpieczanie danych dla aplikacji IoT. Łączność bezprzewodową poprzez antenę ceramiczną, zapewnia wbudowany dwuzakresowy moduł WiFi Murata 1DX działający w standardzie IEEE 802.11 b/g/n z przepustowością danych na poziomie 65Mb/s, a także moduł Bluetooth 5.1 BR/EDR/LE. Istnieje także możliwość przewodowej komunikacji poprzez zewnętrzny port rozszerzeniowy Ethernet PHY 10/100Mb/s.
Płytka może być zasilana na trzy sposoby – poprzez pokładowy port USB typu C (który również odpowiada za komunikację modułu z komputerem nadrzędnym) lub bezpośrednio z zewnętrznego źródła zasilania o napięciu 5V – elektronika modułu sama w sobie wymaga do funkcjonowania napięcia 3,3V, które uzyskiwane jest poprzez wbudowany regulator. Wykorzystując moduł w aplikacjach bezprzewodowych, wymagane jest podłączenie pakietu litowo-polimerowego 3,7V o minimalnej pojemności 700mAh – moduł posiada wbudowany układ ładowania. Pobór prądu przez moduł w trybie uśpienia, wynosi zaledwie 2,95μA przy wyłączonej pamięci SRAM i przy włączonym zegarze RTC wraz z kwarcem taktującym niskiej częstotliwości LSE (32,768kHz).
Moduł pozwala na podłączenie zewnętrznego wyświetlacza poprzez złącza MIPI DSI oraz MIPI D-PHY, a także podłączenie zewnętrznego modułu kamery o rozdzielczości 320px x 320px. Za obsługę grafiki odpowiada układ Chrom-ART. Z myślą o aplikacjach korzystających ze sporej ilości danych, producent uwzględnił także możliwość podłączenia zewnętrznej karty micro SD poprzez zewnętrzny port rozszerzeń. Zakres temperatur roboczych płytki Portenta H7 obejmuje temperatury od -40°C do +85°C oraz od -10°C do +55 °C, kiedy korzystamy z wbudowanych modułów łączności bezprzewodowej. Z myślą o peryferiach odpowiedzialnych za pomiary oraz dźwięk, płytka Arduino Portenta H7 została wyposażona w potrójny przetwornik ADC o 16-bitowej rozdzielczości i częstotliwości próbkowania wynoszącej 3,6MS/s wraz z możliwością multipleksowania do maksymalnie 36 kanałów, a także podwójny przetwornik DAC gwarantujący 12-bitową rozdzielczość i zdolność do przetwarzania sygnałów o częstotliwości do 1MHz. Moduł może współpracować z Shieldami Arduino MKR i posiada 80 wyprowadzeń pozwalających na połączenie z urządzeniami peryferyjnymi, z czego 22 wyprowadzenia można polutować poprzez przewody lub goldpiny. Wśród nich, znajdziemy także standardowe interfejsy komunikacyjne, tj. UART, SPI, I2C oraz programowalne piny cyfrowe I/O, z których dziesięć pozwala na generowanie sygnału PWM.
Arduino Portentna H7 - łączność z komputerem przez port USB typu C
Zastosowanie portu USB typu C w module Portenta, było do przewidzenia – z takiego samego standardu korzystają współczesne urządzenia mobilne, co pozwala na szybkie naładowanie baterii, a także większą przepustowość danych przy reflashowaniu modułu. Możemy do tego portu także podłączyć i zasilać urządzenia zewnętrzne (USB-OTG) oraz podłączyć monitor ze złączem Display-Port konwertowalnym na USB typu C.
Arduino Portenta H7 - bezpieczeństwo danych w aplikacjach IoT
Moduły Portenta powstały przede wszystkim z myślą o użytku profesjonalnym, gdzie bezpieczeństwo danych jest priorytetową sprawą. Każde urządzenie podłączone do sieci internetowej, jest mniej bądź bardziej narażone na cyberataki. Z tego względu, płytka Portenta H7 została wyposażona w układ NXP SE050C2, który zwiększa bezpieczeństwo użytkowania płytki i niweluje ryzyko uzyskania dostępu do ważnych danych przez podmioty niepowołane. Zakres możliwości układu odpowiadającego za szyfrowanie i zabezpieczanie danych, obejmuje takie funkcje jak weryfikacja chmury danych, walidację oprogramowania, potwierdzenie autentyczności zewnętrznych akcesoriów, ochronę własności intelektualnej, a także szyfrowanie wiadomości. Dzięki temu, moduł Portenta H7 jest nie tylko wszechstronną osnową dla projektów IoT, ale także zapewnia bezpieczeństwo funkcjonowania aplikacji na bardzo wysokim poziomie, skutecznie utrudniając działania cyberprzestępcze.
Arduino Portenta X8 - dla jeszcze bardziej wymagających
W 2022 roku, ukazała się kolejna odsłona z serii Arduino Portenta, pod oznaczeniem X8. Większość specyfikacji sprzętowej tego modułu pokrywa się z modułem Portenta H7, ale istotnym szczegółem jest serce płytki – oprócz dwurdzeniowego mikrokontrolera STM32H747XI, znajdziemy tu także mikroprocesor oparty na czterech rdzeniach ARM Cortex-A53 z taktowaniem 1,8GHz wraz z rdzeniem Cortex-M4, którego zegar częstotliwości wynosi 400MHz. Uwagę zwraca także wbudowany chip pamięci RAM DDR4 2GB oraz pamięć FLASH eMMC mieszcząca aż 16GB danych. Co więcej, płytka posiada fabrycznie wgrany system Linux. Takie możliwości pozwalają na zastosowanie modułu Portenta X8 w aplikacjach sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego, a także zarządzania szczególnie rozbudowanymi procesami technologicznymi.
Co więcej, nie można przejść obojętnie również obok zintegrowanego układu graficznego z akceleratorem Chrom-ART. Użytkownik dostaje liczne profity z tego tytułu – Arduino Portenta X8 możemy wbudować w zewnętrzny monitor obrazu, tworząc w ten sposób samodzielny komputer osobisty z systemem Linux, co jeszcze do niedawna nie było możliwe, ponieważ aby monitor obrazu mógł współpracować z komputerem, konieczne było podłączenie zewnętrznego akceleratora graficznego.
Arduino Portenta - zastosowania praktyczne
Moduły Arduino z serii Portenta to prawdziwy skok technologiczny w przód. Tak jak do niedawna nazwa “Arduino” była zwykle kojarzona z zastosowaniami hobbystycznymi i edukacyjnymi, tak za sprawą serii Portenta stanowiącej swego rodzaju ewolucję na podstawie serii MKR, teraz jej zakres zastosowań obejmuje również komercyjne projekty o charakterze profesjonalnym. Choć w dalszym ciągu z modułów Portenta można korzystać hobbystycznie, na takiej samej zasadzie jak z płytek Arduino opartych na 8-bitowych mikrokontrolerach AVR, to ich możliwości pozwalają na znacznie więcej. Do przykładowych zastosowań modułów Portenta możemy zaliczyć m.in. współpracę ze sterownikami PLC, sterowanie aparaturą laboratoryjną, interfejsy HMI, sterowanie robotami przemysłowymi, rozpoznawanie obrazów, a także inne aplikacje niestandardowe. Ważnym atutem płytek Portenta, jest także ich pełna kompatybilność z modułami Arduino MKR.
