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Wie die richtigen Tools das intelligente IoT-Design erleichtern

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Software Platform Builder für CPUs auf ARM-Cortex-M-Basis

Bei der Software Platform geht es um Integration von Inhalten, während es auf die Inhalte selbst weniger ankommt. Ein großer Teil der aktuell verfügbaren Inhalte kommt von Drittunternehmen und kann kostenlos aus dem Internet heruntergeladen werden. Allerdings ist das Erstellen einer Applikation aus zusammengesuchten Softwarekomponenten nicht gerade einfach. Hier hilft die Software Platform, denn sie stellt die Inhalte so zur Verfügung, dass sie reibungslos zusammenarbeiten können. Außerdem lassen sich alle Komponenten auf ähnliche Weise konfigurieren. Es ist genau diese Kombination, die das zügige Entwickeln zuverlässiger Applikationen erlaubt.

Der Software Platform Builder eignet sich zum Erstellen von Anwendungen auf Basis des ARM Cortex-M. Die Software Platform selbst enthält verschiedene Softwaremodule, die bei Bedarf zum Applikations-Code hinzugefügt werden (z.B. für RTOS-Funktionen, den Peripheriezugriff oder Softwareprotokolle). Die Software Platform ist sowohl ein grafischer Editor als auch ein Codegenerator. Sammlungen von Softwaremodulen werden als Software Platform Repositories zur Verfügung gestellt.

Grundsätzlich kann sich in einem Repository Software jeglicher Art befinden, jedoch enthalten typische Module Interrupt-Services, Timer, Peripherie (Hardware-Wrapper), Treiber, Kernel Services (z.B. POSIX-Multithreading), Device I/Os, Dateisysteme (FatFs), Netzwerkfunktionen (TCP/IP), grafische Benutzeroberflächen, usw.

Zu den TASKING ARM Cortex Tools gehört eine große Zahl von Software Platform Referenzprojekten für verschiedene STM32 Evaluation Boards, die von den verfügbaren Peripheriefunktionen der jeweiligen Boards Gebrauch machen.

Organisation der Software Platform Repository

Die Ordner der Software Platform können zahlreiche Softwaremodule enthalten, die für maschinennahe Operationen zuständig sind, sowie Module, die zusätzliche Funktionalität bieten, indem sie dem Anwender ein komfortables API in die Hand geben. Die Software Platform besteht aus Device Stacks (Bild 1) und Software Services.

Bei den Device Stacks geht es darum, Peripherie-Hardware mithilfe abstrakter, generischer Softwareschnittstellen für den Applikations-Code verfügbar zu machen. Durch die Ausstattung des Stacks mit mehr oder weniger Modulen wird festgelegt, welche Abstraktionsebene in der Applikation verwendet werden soll. Die hardwarenahen Module sind genau auf ein bestimmtes Prozessor-Derivat zugeschnitten. Darauf aufsetzend können höhere Module hinzugefügt werden, die allgemeiner gehaltene Funktionen für den Zugriff auf das betreffende Protokoll bereitstellen.

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Zum Beispiel kann auf der höheren Ebene ein Modul für den Zugriff auf ein Dateisystem in der Applikation ausgewählt werden. Auf den untergeordneten Ebenen ist immer noch die Auswahl verschiedener Module möglich, die darüber entscheiden, auf welche Speicherressource (Festplatte, SD Card, SSD, usw.) zugegriffen wird. Die maschinennäheren Module sind somit genauer auf eine bestimmte Peripheriefunktion zugeschnitten. Die höheren Module dagegen sind weniger hardwarespezifisch und können sogar mit unterschiedlicher Hardware verwendet werden.

Peripheriemodule: Die Peripheriefunktionen (im Stack grün eingezeichnet) sind die maschinennächsten Module. Sie stellen den höheren Schichten im Stack Informationen darüber zur Verfügung, wie sie auf die Peripherie zugreifen müssen. Informationen wie die Basisadresse und die Interruptzuordnung sind in den Peripheriefunktionen abgespeichert. In den meisten Fällen greift die Applikation nicht direkt auf die Peripheriefunktion zu, sondern über das Interface des übergeordneten Treibers.

Treibermodule: Die Treiber (im Stack gelb dargestellt) bilden die nächsthöhere Abstraktionsebene. Sie ermöglichen den Zugriff auf spezifische Hardware via Peripheriefunktion oder über einen weiteren Treiber. Der Unterschied zwischen einer Peripheriefunktion und einem Treiber ist klar definiert. Die Peripheriefunktion definiert nur grundlegende Hardware-Informationen, stellt jedoch keine weitere Funktionalität zur Verfügung. Diese elementaren Informationen kann ein Treiber nutzen, der auf die Peripheriefunktion aufsetzt. Die Treiber und die von ihnen gebotenen Schnittstellen sind hardwarespezifisch.

Enthält die Applikation also Code, der auf das API eines Treibers zugreift, ist die Applikation dadurch hardwareabhängig. Auch Treiber operieren noch auf einer niedrigen Abstraktionsebene und die Verwendung eines Device auf der Treiberebene erfordert Kenntnisse über das Interface des betreffenden Treibers. Einige Treiber stehen als Library Wrapper zur Verfügung. Sie enthalten dann lediglich eine Initialisierungsroutine, die von einer Applikation zum Konfigurieren von Pins, Takten und Registern aufgerufen wird. Im Anschluss an diese Initialisierung sind die Peripherietreiber-Bibliotheken der Halbleiterhersteller nutzbar.

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