Suchen

Warum Eigenentwicklungen nicht immer die erste Wahl sind

| Autor / Redakteur: Ronald Singh, Joachim Strohschenk * / Margit Kuther

Im Planungsprozess für das Design von IoT-Produkten stehen Unternehmen oft vor der Frage: selbst entwickeln oder kaufen? Distributor CODICO hilft bei der Entscheidungsfindung.

Firmen zum Thema

i.MX6UL Starterboard von DIGI: Das System-on-Module bietet verschiedene Funklösungen. Das SoM basiert auf dem aktuellen Prozessor i.MX6UL von NXP.
i.MX6UL Starterboard von DIGI: Das System-on-Module bietet verschiedene Funklösungen. Das SoM basiert auf dem aktuellen Prozessor i.MX6UL von NXP.
(Bild: Digi )

Sehr oft hängt die Entscheidung „selbst herstellen oder kaufen“ von der erwarteten Lebensdauer des Produkts und/oder vom geplanten Produktionsvolumen ab. Tatsächlich spielen bei dieser komplexen Überlegung auch zahlreiche andere Faktoren eine Rolle. Nehmen wir also an, dass Sie nicht gerade ein bloß einmaliges Projekt für einen Garagentoröffner planen, sondern eine pfiffige Idee haben, die sich womöglich zum nächsten Dyson-Staubsauger oder Google-Nest-Thermostaten entwickeln wird.

Zunächst stellt sich die Frage: was ist Ihr Mehrwert? Ihr geistiges Eigentum? Geht es um das Hardwaredesign – um die Neuartigkeit, Anschlussvielfalt, Integration und Einfachheit des Produkts sowie die pure Eleganz eines Designs – oder liegt es in der Software, ihrer Portierung, ihrer GUI, ihrer analytischen Fähigkeit und Cloud-Fähigkeit?

Modulares versus integriertes Design

Die Annahme, dass ein modulares Design teurer als ein integriertes wäre, ist meist unbegründet, oder geht von einem falschen Verständnis dessen aus, was modulares Design ausmacht. Ist das firmeneigene technische Know-how beziehungsweise die technische Bandbreite gering, kann sich ein modularer Ansatz als die einfachste und wirtschaftlichste Lösung dieses Problems erweisen. Mithilfe eines modularen Designs lässt sich selbst bei internen Ressourcenengpässen das Produkt rechtzeitig liefern. Dabei ist folgendes zu berücksichtigen:

  • Ingenieurwissenschaftliche Opportunitätskosten: Wenn Ihr Team an einer Spezialanfertigung arbeitet, zehrt dies an den Ressourcen für ein anderes Projekt, welches für Ihr Unternehmen überlebenswichtig ist?
  • Technischer Aufwand: Sie sind für Ihr maßgeschneidertes Produkt zuständig – wird eine Änderung notwendig oder entwickeln sich die äußeren Umstände weiter, kostet Sie das (mehrere) Entwicklungszyklen; dies erfordert Zeitaufwand seitens Ihres Teams und Geld vom Unternehmen.

Einzelne Schritte im Entwicklungsprozess zeigen, wo ein modulares Design von Vorteil ist. Die beim Einsatz eines modularen Designs erzielte Zeitersparnis ist entscheidend. Folgende drei Faktoren – Prozessor / Radiomodul, Application Board und Softwaretreiber – sind zu berücksichtigen: Der Prozessor beziehungsweise das Radiomodul wurde fertig gebaut und bereits getestet, so dass ein kritischer Baustein des Hardwaredesigns bereits vor Beginn des Projekts zur Verfügung steht. Dadurch wird die Gestaltung des Application Boards einfacher. Einige Teile dieser Schaltung lassen sich dann vom Referenzdesign ableiten, und somit lässt sich das Application Board noch schneller und zuverlässiger konstruieren. Die wichtigsten Softwaretreiber werden mit dem Board Support Package (BSP) mitgeliefert und können sofort eingesetzt werden, so dass die Softwareentwicklung gleich am ersten Tag beginnen kann, da die Zielplattform bereits vorhanden ist.

Somit kann eine echte parallele Entwicklung stattfinden. Leistungstests sind oft notwendig, ehe eine endgültige Designentscheidung getroffen werden kann. So ein Test lässt sich mithilfe von Modulen durchführen, womit die Entwicklungszeit reduziert wird. Zu bedenken sind hier die direkten Kosten. Denn Engineering ist immer mit großem Aufwand verbunden; das Ingenieurteam muss das Hardwaredesign entwickeln, testen und überprüfen sowie einige Codezeilen schreiben.

Die Leiterplatte stellt einen bedeutenden Kostenfaktor dar. Die Konfiguration der Leiterplatte hängt stets vom komplexesten Schalt- beziehungsweise Bauelement ab. So braucht etwa ein ARM-Prozessor mit einer Taktrate von 1,2 GHz und DDR3-Speicher eine Mehrschichtarchitektur mit Microvias und mindestens zehn bis zwölf Schichten. Mit einem modularen Design lässt sich das Application- beziehungsweise Carrier-Board leicht mit mindestens zwei bis vier Schichten weniger implementieren. Was die langfristige Verfügbarkeit anbelangt, so stellt Speicher heute die kritischste Komponente in einer Prozessoranwendung dar. Das bedeutet, dass im Laufe der Produktlebensdauer ein Redesign aufgrund eines eingestellten Speichermodells notwendig wird. Werden Module eingesetzt, liegt dies im Verantwortungsbereich des Modulherstellers.

  • Produktion und Qualitätssicherung: Es ist äußerst wichtig, Störungen im Produktionsfluss auf ein Minimum zu reduzieren; das letzte Produkt, das vom Band läuft, muss gleich gut wie das erste funktionieren – und das wird einige Zeit dauern.
  • Preis mit Größenvorteilen verhandeln: Da das Modul von vielen Kunden verwendet wird, profitiert jeder Kunde von den Mehrmengen, die der Modulanbieter herstellt. Verwendet man darüber hinaus ein Modul in anderen Produkten und zu höheren Mengen, so hat man noch mehr Spielraum bei Preisverhandlungen. Zusätzlich zur Vermeidung reiner Entwicklungskosten könnten laufende Investitionen für den Erwerb geeigneter Einrichtungen zur Entwicklung, Herstellung und Prüfung notwendig sein

TrustFence von DIGI: Integrierte Sicherheit, die Anwendern einen sofortigen Zugriff auf kritische Funktionen wie sichere Verbindungen, authentisiertes Starten, verschlüsselte Datenspeicherung und mit Zugriffskontrolle versehene Schnittstellen bietet.
TrustFence von DIGI: Integrierte Sicherheit, die Anwendern einen sofortigen Zugriff auf kritische Funktionen wie sichere Verbindungen, authentisiertes Starten, verschlüsselte Datenspeicherung und mit Zugriffskontrolle versehene Schnittstellen bietet.
(Bild: Digi )

Ein modularer Ansatz minimiert Risiken beim Boarddesign

Risiko bedeutet Zeit und Kosten. Mit einem modularen Ansatz ist das Design des Application Boards viel einfacher, und daher fällt das Risiko eines späteren Redesigns wesentlich geringer aus. Ein Redesign im Laufe der Lebensdauer eines Produkts wird in der Regel nur für das eingebettete Modul erforderlich, nur weil sich dort die Speichermodule befinden. Ein geringeres Risiko und eine rechtzeitig abgeschlossene Entwicklung können einen signifikanten Beitrag zum kommerziellen Erfolg eines Produkts leisten. In puncto Nachrüstbarkeit ist etwa zu bedenken: Ist Ihr Design flexibel genug, um künftigen Anforderungen zu entsprechen? Ist Ihre Lösung flexibel genug um auch in einer sich permanent weiterentwickelnden Welt, in der sich Kunden und deren Bedürfnisse ständig ändern, stets aktuell zu bleiben?

IoT-Sicherheit wird immer wichtiger

Über Sicherheit wird sehr oft diskutiert, wenn es um IoT-Anwendungen geht. Laut HP Security Research sind 70% aller IoT-Geräte leicht angreifbar. Um Angreifern entgegen zu wirken, sollte man unbedingt in ein Gerätesicherheits-Rahmenwerk investieren, welches den Prozess zur Sicherung von verbundenen Geräten vereinfacht. Was ein solches Sicherheits-Rahmenwerk umfassen sollte, lesen Sie im Kasten: „IoT-Sicherheit: Diese Punkte sollten Sie beachten“.

Xbee-Module von DIGI: Die Module für Embedded-IoT-Designs bieten vorzertifizierte integrierte Mobilfunkkonnektivität für den schnellen Einsatz.
Xbee-Module von DIGI: Die Module für Embedded-IoT-Designs bieten vorzertifizierte integrierte Mobilfunkkonnektivität für den schnellen Einsatz.
(Bild: Digi )

Gemeinsam mit CODICO bietet der Hersteller DIGI ein komplettes Sortiment an integrierten Lösungen, darunter Module und Singleboard-Computer (SBCs) sowie Software und Fernverwaltungsmöglichkeiten. Das Angebot umfasst RF- und Mobilfunkmodule sowie System-on-Module (SoMs) und SBCs zur Deckung der Entwicklungsanforderungen und bietet alles, egal, ob Sie an Reichweite, Leistung, Programmierbarkeit, Zertifizierung, Sicherheit, oder Softwaretools interessiert sind. Zur Angebotspalette gehören auch Gerätefamilien, die eine schnelle modulare Entwicklung dort unterstützen, wo man sich eine in Zertifizierungsschwierigkeiten festgefahrene Produktentwicklung nicht leisten kann.

System-On-Module von DIGI: Integriert mehrere Funklösungen, darunter vorzertifiziertes 802.11a/b/g/n/ac und Bluetooth.
System-On-Module von DIGI: Integriert mehrere Funklösungen, darunter vorzertifiziertes 802.11a/b/g/n/ac und Bluetooth.
(Bild: Digi )

Ultrakompakte, hochintegrierte System-On-Module-Lösungen

Die System-On-Module von DIGI bieten mehrere integrierte Funklösungen, darunter vorzertifiziertes 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth sowie Mobilfunkoptionen. Basierend auf den aktuellen XBee-Modulen mit NXP i.MX6UL, i.MX6 und demnächst i.MX8X bieten die SoMs Gerätesicherheit für verbundene IoT-Anwendungen. Sie können zudem Ihre parallele Softwareentwicklung für integrierte Android- und Linux-Entwicklungsumgebungen, darunter auch für das Yocto-Projekt, beschleunigen.

Vielseitige, handelsübliche Singleboard-Computer

Auf der Basis von SoMs bietet die Produktpalette von DIGI kompakte, kostengünstige und vielseitige, handelsübliche Singleboard-Computer an und ermöglicht damit eine deutlich kürzere Zeit bis zur Marktreife, da sie das herkömmliche Risiko, den Aufwand und die Komplexität von maßgefertigten Boarddesigns praktisch eliminiert, ohne dafür Flexibilität oder Funktionen zu opfern. Die SBCs von DIGI unterstützen ARM-, NXP-, und Rabbit-Prozessoren sowie mehrere Drahtlosschnittstellen. Für die SBCs auf NXP-SoM-Basis liefern wir auch vollständige Schaltpläne, Gerberdateien, Stücklisten und Ressourcen, damit Entwickler schnell ihre eigenen Carrier Boards erstellen können.

Ergänzendes zum Thema
Trustdefence für Embedded-Designs

Embedded-Sicherheit stellt eine kritische Designkomponente für eine zunehmende Zahl von verbundenen IoT-Anwendungen und -Geräten dar. Die integrierte Sicherheit des DIGI TrustFence ermöglicht Anwendern einen sofortigen Zugriff auf kritische Funktionen wie sichere Verbindungen, authentisiertes Starten, verschlüsselte Datenspeicherung, mit Zugriffskontrolle versehene Schnittstellen, sichere Softwareupdates, sowie eine nahtlose Integration des zugehörigen on-module Secure- Elements (SE). Viele Kunden sind in stark regulierten Branchen tätig: DIGI hat sich im Zusammenhang mit der Einführung von Standards und anderen relevanten Sicherheitszertifizierungen wie HIPAA, FIPS 140-2 und NIST sowie bei der Unterstützung von Kunden bei der Erfüllung von Zertifizierungen, etwa PCI-DSS für Retail- und FDA für Medizinprodukte als Branchenführer etabliert.

Ergänzendes zum Thema
IoT-Sicherheit: Diese Punkte sollten Sie beachten

Sicherheit im IoT wird immer wichtiger. Hilfreich ist ein Sicherheits-Rahmenwerk. Dieses sollte folgendes umfassen:

Sicheres Starten: Authentifizierungsmöglichkeit, um sicherzustellen, dass nur beglaubigte, vom Hersteller freigegebene Softwareaktualisierungen erlaubt sind.

Sichere Speicherung: Eine Verschlüsselung auf Dateisystemebene, die ein transparentes Verschlüsseln zur sicheren Speicherung sensibler Daten ermöglicht.

Authentifizierung: Datenauthentifizierungs- und Geräteidentitätsverwaltungsoptionen, die ebenfalls sicherstellen, dass Produkte nicht mit Standardbenutzer- und Passworteinstellungen geliefert werden.

Sichere Verbindungen: Die aktuellen Verschlüsselungsprotokolle für Data-In-Motion- und Funkübertragungen (OTA), um die Integrität der Daten in einem Netzwerk zu sichern.

Geschützte Hardwareschnittstellen: Interne und externe I/O-Schnittstellen werden geschützt und mit Zugangskontrollen versehen, um ein unerwünschtes lokales Eindringen zu verhindern.

Laufende Überwachung und Unterstützung: Laufende Risikobewertung und Überwachungsdienste, sowie intern und extern durchgeführte Sicherheitsaudits und proaktive Kommunikation bewerten anstehende Gefahren.

RF-Module für den schnellen Einsatz

Die RF-Module XBee von DIGI bieten drahtlose Verbindungen in einer Reihe von Protokollen und Formfaktoren zur Unterstützung aktueller stromsparender Anwendungen. Diese leicht zu implementierenden, vorzertifizierten und mithilfe der kostenfrei erhältlichen Software XCTU und der XBee-Mobil-App konfigurierbaren Module erfüllen alle Anforderungen für drahtlose Designs. DIGIs XBee stellt desweiteren den einfachsten Weg zur Integration von Mobilfunkkonnektivität in einem OEM-Gerät dar. Mit der Einführung von 3GPP-Standards wie LTE Cat 1, LTE-M und NB-IoT sowie bei älteren Standards 3G HSPA/GSM, verfügt DIGI sicher über ein Mobilfunkmodem für Ihr Design. Die Mobilfunkmodems von XBee liefern einfache Mobilfunkkonnektivität, ohne einen kostspieligen FCC- oder Netzbetreiber-Endgerätezertifizierungsprozess durchlaufen zu müssen.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 01/2020 (Download PDF)

* Ronald Singh ist Mitarbeiter bei DIGI International

* Joachim Strohschenk ist Produktmanager bei CODICO

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 46267955)