Die Software macht den Unterschied
Was LabView für smarte Embedded-Systeme so interessant macht, sind erstens seine mächtigen Bibliotheken für Mathematik und Signalverarbeitung und zweitens die komfortable Abstraktion von Timing, Betriebssystem, Multitask-ing, Multicore und Zugriff auf unterlegte Hardware. Die Anwendung lässt sich damit ohne Detailkenntnisse zum Unterbau per Knopfdruck auf die eigene Embedded Hardware laden und dort in Echtzeit im 24/7-Betrieb ausführen. Welche Hardware eignet sich nun am besten für die individuellen Bedürfnisse? Das Gemeinsame aller aufgeführten Hardwareplattformen ist die grafische Programmierbarkeit mit LabView. Relevante Unterschiede zeigen sich im Formfaktor, der Leistungsfähigkeit der CPU und der Unterstützung durch die Bibliotheken. Grundsätzlich unterscheiden sich die beiden Klassen Singleboard-Computer und Einsteckmodule. Die Wahl zwischen den beiden hängt z.B. davon ab, ob im Projekt überhaupt Hardware-Entwicklung eingeplant ist. Wenn nicht, bleibt der Single-Board-Computer übrig. Ansonsten bietet sich vom Zweiplatinenansatz mit Einsteckmodul im Baseboard bis zur Kompletthardware die volle Hardwarebandbreite an. Ausschlaggebend sind jedoch die eigenen Anforderungen an die geplante Anwendungssoftware und deren Bedarf an Funktionalität, Rechenleistung und Speicher. Es gibt zwei unterschiedliche Wege von LabView zur Embedded Hardware. Der erste führt über Echtzeit-Linux auf die Dual-Core-ARM9-Architektur mit FPGA. Das SOM-Einsteckmodul (Bild 3) und die Single-Board-RIO-Familie von National Instruments (NI) funktionieren nach diesem Schema. Die anderen Module und die Kompletthardware folgen dem Weg über den universellen NI ANSI-C-Code-Generator mit µ-Kernel. Damit ließe sich LabView auf irgendeinen 32-Bit-Prozessor portieren. Die Softwarefunktionalität und Leistung sind eingeschränkt, dafür punktet dieser Ansatz bei anderen Aspekten, wie Low-Power, Low-Cost und Bootzeiten unter 1 Sekunde.
Einfach nutzbare SBCs
Der Vorteil von Single-Board-Computern (SBCs) mit an Klemmen abgreifbarem I/O liegt auf der Hand: sie sind sofort betriebsbereit. Das heißt: Sensoren, Aktoren und Kommunikationskabel anschließen, mit dem PC verbinden, die Entwicklungsumgebung LabView starten und die Embedded-Applikationsentwicklung kann ohne weitere Vorarbeit am ersten Tag beginnen. Das macht SBCs interessant für Machbarkeitsstudien, Rapid Prototyping und Kleinserien. Die CPU-Leistungsklassen skalieren derzeit vom 500MHz Fixed-Point-DSP bis zum 667MHz-Floating-Point-Dual-Core-ARM9 auf Formfaktoren vom Hutschienen- über das PC-104- bis zum Europaformat (Bild 1, rechts). Die Hardware-Funktionalität bietet alles, was smarte Embedded Systems heute verlangen: vom Analog- und Digital-I/O über Standard-Kommunikationskanäle und Embedded-Filesystemen bis zum Multi-Touch-TFT. In der LabView-Umgebung steht für jede dieser Hardwarefunktionen ein Virtuelles Instrument (VI = Funktionsblock /Treiber) zur Verfügung.
Briefmarken- oder Scheckkartenrechner
Ein Mix aus einem Standardmodul, welches in ein kundenspezifisches Baseboard eingesteckt wird, kombiniert die Vorteile vom Single-Board-Computer mit Komplett-Hardware. Die Komplexität der Baseboards ist geringer als bei Mikroprozessor-Komplett-Hardware, denn die kritischen Schaltungsteile um CPU und Memory sind schon auf dem Einsteckmodul realisiert. Außerdem werden abgekündigte Bauteile im Prozessorbereich durch den Hersteller nach Form-Fit-Function ersetzt. Von der Funktionalität her bietet der Zweiplatinenansatz ähnliches wie bei Single-Board-Computern, lässt sich im Vergleich aber beliebig erweitern. Der Vorteil dabei ist ein nahtloses Anpassen von Hardware in Form und Funktion an jede beliebige Aufgabenstellung. Außerdem müssen zu Beginn der Entwicklung, beispielsweise beim Rapid Prototyping, noch nicht alle Anforderungen wie in Stein gemeißelt sein, denn Baseboards lassen sich schnell ändern. Diese Flexibilität hat jedoch auch ihren Preis: im Vergleich zum Single-Board-Computer muss beim Zweiplatinenansatz immer zuerst Hardware in Form eines Baseboards entwickelt werden. Je nach Anforderung an Platzbedarf, Funktionalität, Leistungsverbrauch und Bootzeit wählt der Designer ein Briefmarken-Coremodul, ein Scheckkarten-COM oder ein SOM. Sind nach dem Prototyping mittels Briefmarken- oder Scheckkartenrechner mit C-Generator/ µ-Kernel-Support alle Anforderungen bekannt, lassen sich die Einsteckmodule mit dem Baseboard ‚verheiraten‘. Das Ergebnis ist ein kundenspezifisches, komplett integriertes Mikroprozessorboard, welches in mittleren und großen Stückzahlen zu üblichen Bestückpreisen hergestellt werden kann. Seine spezifische LabView-Hardware kann der Kunde bei Schmid Elektronik entwickeln, produzieren und testen lassen oder dies in Lizenz selber tun.
