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Cyber-physikalische Systeme

Entwicklungsbeschleuniger: Zeit als neue Währung (Teil 2)

| Autor / Redakteur: Marco Schmid * / Franz Graser

Bild 1: LabVIEW auf eigener Standard-Hardware in unterschiedlichen Formfaktoren und Leistungsklassen. Links: Einsteckmodule als Scheckkarten-COM oder -SOM. Rechts: Singleboard-Computer als Europakarte.
Bild 1: LabVIEW auf eigener Standard-Hardware in unterschiedlichen Formfaktoren und Leistungsklassen. Links: Einsteckmodule als Scheckkarten-COM oder -SOM. Rechts: Singleboard-Computer als Europakarte. (Bild: Schmid Elektronik)

LabVIEW im Serienprodukt: Echtzeit-Linux und C-Generator ermöglichen Echtzeit-Software auf eigener Embedded-Hardware.

Ob intelligenter Sensor am IoT, Messnetzwerk, Cloud-Lösung oder Regler mit Tablet – der Anwendungsentwickler hat dank dem Aktor-Framework LabVIEW mit flexiblen Rechenmodellen schnell Ergebnisse erzielt und die Machbarkeit seiner Idee im Labor geprüft. Nun soll das Serienprodukt geplant werden – mit Hardware, die auf die Bedürfnisse des Endanwenders zugeschnitten ist.

In der Praxis bedeutet dies meist eine Neuentwicklung von Hard- und Software auf der Basis von C mit RTOS auf einem Mikrocontroller. Es geht auch anders! Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht nicht nur die Wiederverwendung bisheriger Software-Investitionen, sondern gibt dem Entwickler zusätzlich die Freiheit, Hardwareentscheidungen hinauszuzögern.

Genau dies war beim Messnetzwerk im Zug, beim Solarkraftwerk und der aktiven Schallbekämpfung aus Teil 1 die wichtigste Voraussetzung. Dieser zweite Teil führt jetzt durch die Möglichkeiten von LabVIEW auf Embedded-Boardlevel-Hardware und diskutiert, wie dieser Leitfaden bei zwei Praxisbeispielen angewendet wurde.

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, Multitasking, Multicore und Zugriff auf unterlegte Hardware. Die Anwendung lässt sich mit wenigen Detailkenntnissen 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? Das Gemeinsame aller in Bild 1 gezeigten 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 Singleboard-Computer (Bild 1 rechts) und Einsteckmodule (Bild 1 links).

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Die Wahl hängt unter anderem davon ab, ob im Projekt Hardwareentwicklung eingeplant ist. Wenn nicht, bleibt der Singleboard-Computer übrig. Sonst bietet sich vom Zweiplatinenansatz mit Einsteckmodul im Baseboard bis zur Kompletthardware (Bild 2) die volle Hardware-Bandbreite an.

Bild 2 : Bei Kompletthardware (rechts oben) werden Einsteckmodul und individuelles Baseboard (links unten) „verheiratet“. Voraussetzung dazu ist ein C-Generator mit Mikrokernel.
Bild 2 : Bei Kompletthardware (rechts oben) werden Einsteckmodul und individuelles Baseboard (links unten) „verheiratet“. Voraussetzung dazu ist ein C-Generator mit Mikrokernel. (Bild: Schmid Elektronik)

Ausschlaggebend sind jedoch die eigenen Anforderungen an die geplante Anwendungssoftware und deren Bedarf an Funktionalität, Rechenleistung und Speicher. Es gibt nämlich zwei 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 (Bild 1, Mitte) von National Instruments (NI) funktionieren nach diesem Schema. Die anderen Module auf Bild 1 und Kompletthardware (Bild 2) folgen dem Weg über den universellen NI-ANSI-C-Code-Generator mit Mikrokernel. Damit ließe sich LabVIEW auf einen beliebigen 32-Bit-Prozessor portieren. Softwarefunktionalität und Leistung sind eingeschränkt. Dafür punktet dieser Ansatz bei anderen Aspekten wie Boot-Zeiten unter einer Sekunde, Low-Cost, Low-Power und Lizenzfertigung (Tabelle 1).

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