Konnektivität vereinfachen für das Internet der Dinge

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Lightweight IP bietet sich als günstige Lösung an

Die Entwickler können ihren Embedded-Controller auch mit TCP/IP ergänzen. Zum Beispiel kann das Ethernet-Modul ENC28J60 von Microchip direkt an den meisten Mikrocontrollern mit einer SPI-Schnittstelle betrieben werden. Diese Module haben gewöhnlich ein Standalone-Ethernet-Controller-IC mit einer Vielzahl von Features, um die Anforderungen der meisten Netzwerkprotokolle abzudecken.

Mit Infrastruktur dieser Art können die Entwickler eigene Ethernet-Projekte realisieren und teilen. So gibt es etwa ein Projekt auf Github, das eine Internet-Konnektivität zwischen Cypress' programmierbaren System-on-Chip (PSoC) und einem Modul mit dem ENC28J60 herstellt. Das Projekt basiert auf PSoC 3, kann aber auch auf Cypress PSoC 5 portiert werden. Der Vorteil so einer Implementierung ist, dass sie den PSoC-Kern für andere Systemfunktionen freihält und die Bauteileanzahl in PSoC Creator nicht erhöht. Auf der Hardwareebene benötigen wir nur eine RJ45-Buchse, Abschirmmittel, einen 25 MHz-Quarz oder Oszillator und einige passive Bauteile.

Und schließlich gibt es lwIP (lightweight IP), einen verbreiteten Open-Source-TCP/IP-Stack für Embedded-Systeme, der von einem weltweiten Entwicklernetzwerk gepflegt wird. In den meisten Anwendungen kann lwIP die Ethernet-Funktionen bereitstellen und gleichzeitig den Ressourcenverbrauch der MCU deutlich verringern. Zur Implementierung werden in der MCU sowohl MAC als auch PHY benötigt. lwIP ist ideal für Entwickler, die nach einer kostengünstigen Lösung suchen und bereit sind, sich mit den Stacks auseinanderzusetzen. Es ist eher eine Do-it-Yourself-Implementierung.

Die Herausforderung bei dieser Implementierung liegt im Verbrauch von Systemressourcen und der Möglichkeit, die MAC-Adressen dynamisch zuzuweisen. Die dynamische Rekonfigurierbarkeit von PSoC macht diesen Ansatz möglich. Das digitale System im PSoC besteht aus Universal Digital Blocks (UDB). Seine Architektur schafft die Balance zwischen der Granularität der Konfiguration und einer effizienten Implementierung.

Ein wichtiges Merkmal dieses Ansatzes ist, dass er die Fähigkeit bietet, den digitalen Betrieb der Geräte genau an die Anforderungen der Anwendung anzupassen. DMA on Chip ermöglicht es beispielsweise, konfigurierbare Sende- und Empfangs-FIFO-Puffer zu erstellen, und die Software PSoC Creator erlaubt es dem Anwender, seine eigene Ethernet-Komponente zu bauen und bei der Entwicklung auf der Systemebene als virtuelle Chips einzusetzen.

Kurz und gut: Konnektivität ist die Zukunft. Die Welt nutzt das Internet immer mehr, um ihre Kommunikation zu erleichtern und auszuweiten. In dem Maß, in dem die Bauteilehersteller immer ausgereiftere Lösungen für verschiedene Ebenen anbieten, erhalten die Entwickler die Möglichkeit, fertige Module und Ein-Chip-Lösungen für eigene Realisierungen einzukaufen.

Literaturhinweis:

[1] M. Simmons: Ethernet Theory of Operation. Application Note, Microchip Technology

* Meng He arbeitet als Product Marketing Engineer für Programmable Systems-on-Chip bei Cypress Semiconductor.

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