Edge-Computing So integrieren Sie COMs einfach in Ihr Projekt

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aReady.COMs vereinfachen die Integration von Computer-on-Modules in OEM-Applikationen signifikant. Denn sie entkoppeln die System­entwicklung weitestgehend von der Applikationsentwicklung und ermöglichen so eine beschleunigte Time-to-Market.

Computer-on-Modules (COMs) haben sich als die dominierende Produktkategorie auf Board-Ebene im Embedded- und Edge-Computing etabliert. Gerade für OEMs, die Geräte, Maschinen, Roboter und autonome Fahrzeuge entwickeln, bilden COMs die Basis für indus-trielle Systemdesigns.

Denn einerseits lassen sich standardisierte COMs einfacher in ein applikationsspezifisches Carrierboard inte-grieren als ein Prozessor in ein vollständig individuelles Design. Andererseits bieten COMs eine Skalierbarkeit, die über Prozessorsockel und Hersteller hinausgeht. So muss bei Aktualisierungen nicht jedes Mal neu begonnen werden. Stattdessen bleibt die Investition in ein spezifisches Carrierboard über den Lebenszyklus eines Prozessors hinaus wertbeständig – zwei zentrale Faktoren für viele Industriedesigns.

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Congatecs aReady.-Strategie

aReady.COMs (Application-Ready-Computer-on-Modules) vereinfachen die Integration von Computer-on-Modules in OEM-Applikationen signifikant. Denn aReady.COMs entkoppeln die Systementwicklung weitestgehend von der Applikationsentwicklung, und ermöglichen so eine beschleunigte Time-to-Market. Der Aufbau im Einzelnen (Bildebenen von oben nach unten):

Customer Application: Nutzer können auf dieser Ebene ihre Anwendungen auf aReady.COMs reaktionsschnell aufbauen.

Software Layer: Vorgeprüfte funktionale Softwarebausteine minimieren den Entwicklungsaufwand und die Kompatibilitätsprobleme für Anwendungsfälle wie KI, Sicherheit, IoT und Mensch-Maschine-Schnittstelle.

OS Layer: Jedes aReady.COM-System ist dank der vorinstallierten, vorkonfigurierten und lizenzierten Betriebssysteme, die auf Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind, sofort einsatzbereit; inklusive neuester Sicherheitspatches.

Virtualization Layer: Hypervisor-on-Module, Congatecs innovatives Firmware-Feature, ermöglicht die Konsolidierung mehrerer Anwendungen auf einem einzigen physischen Modul, um so alle Ressourcen voll auszunutzen.

Hardware Layer: Congatecs aReady.COM-qualifizierte Computer-on-Module bieten einen eingelöteten Massenspeicher. Basierend auf offenen Standards erleichtern sie die flexible Integration und ermöglichen einfache Upgrades zur Verlängerung der Produktlebenszyklen.

Knackpunkt Softwareintegration

Grundsätzlich ist die Integration von COMs für Hardware-Designer relativ einfach. Denn sie können auf Design-Richtlinien und Referenz-Carrier zurückgreifen, zum Teil mit entsprechenden CAD-Daten für das Platinendesign. Dies ermöglicht, auch einzelne Layout-Elemente effizient wiederzuverwenden. Demgegenüber steht die Tatsache, dass die Anbindung von Kundenapplikationen an die Modul-Plattform eine erhebliche Herausforderung darstellt. Der softwareseitige Integrationsaufwand übersteigt häufig den hardwareseitigen Aufwand und geht mit einer komplexen und zeitaufwendigen Entwicklung einher.

Je nach Carrierboard und Applikation lag der Entwicklungsaufwand von Software zu Hardware in der Vergangenheit bei einem Verhältnis von durchschnittlich 3:1. Dieses Verhältnis nimmt jedoch mit den steigenden Anforderungen an IIoT(Industrial Internet of Things)-Konnektivität, Cyber Security, KI(Künstliche Intelligenz)-Integration, Predictive Maintenance und neuen HMI(Human Machine Interface)-Funktionen wie Sprachsteuerung und Bilderkennung immer weiter zu. Derzeit liegt der Entwicklungsaufwand von Software zu Hardware schätzungsweise bereits bei 10:1. Um diese Hürde zu nehmen, sind COM-Hersteller bemüht, ihre Produkte applikationsfertig zu machen und stellen Anwendern Firmware und hardwarenahe Low-Level-Software über Board-Support-Pakete (BSP) zur Verfügung.

Was applikationsfertig bedeutet

Der Begriff applikationsfertig oder anwendungsreif bezieht sich bislang darauf, dass ein COM zusammen mit einem Carrierboard, einer passenden Kühllösung und einem BSP die Installation eines Betriebssystems und einer OEM-Anwendung ermöglichen. Damit bieten sie bereits eine solide Grundlage für die Entwicklung und den Einsatz spezifischer Anwendungen. Das BSP stellt dabei die notwendige Softwareunterstützung zur Verfügung, indem es alle Treiber für die standardisierten Schnittstellen des Moduls für unterschiedliche Betriebssysteme enthält, die direkt installiert werden können. So sind sie für Tests oder sogar für den direkten Einsatz in der Serienproduktion der Applikation bereit.

Mit der oben erwähnten zunehmenden Komplexität moderner Anwendungen, die Funktionen wie IoT-Anbindung, KI, Virtualisierung und Cybersicherheit umfassen, reicht die herkömmliche Definition von applikationsfertig allerdings nicht mehr aus.

Denn OEMs müssen zusätzlich zum Carrierboard und BSP-Adaption für dedizierte Carrierboard-Schnittstellen noch erheblichen Aufwand in die Integration und Absicherung ihrer Applikation mittels spezifischer Firmware und Middleware sowie in die Softwarevalidierung und -tests investieren. Hinzu kommt die laufende Softwarepflege während des Betriebs.

Applikationsfertig auf neuem Niveau

Um diesen Herausforderungen zu begegnen und die Application-Readiness von COMs auf ein neues Niveau zu heben, haben Anbieter begonnen, Strategien zu entwickeln, die eine höhere Wertschöpfung versprechen. Ein Vorreiter auf diesem Gebiet ist Congatec mit der im Rahmen der Messe Embedded World vorgestellten aReady.-Strategie. Diese umfasst weiterführende Software-Building-Blocks wie die integrierte Hypervisor-Technologie, Betriebssysteme sowie verschiedene IoT- und Cloud-Apps, die den Integrationsaufwand für OEMs signifikant reduzieren und die Entwicklung und Wartung von Software für COMs vereinfachen. Entwickler können diese Software-Building-Blocks bedarfsgerecht zusammenstellen, die individuell konfigurierten aReady.COMs sofort booten und ihre Applikationen installieren. Dadurch lässt sich die Komplexität des Integrationsaufwands unterhalb des Application-Layers und für die vielfältigen IIoT-Funktionalitäten eines Embedded- und Edge-Computing-Systems deutlich reduzieren.

Im Rahmen seines aReady.COM-Angebots bietet Congatec Unterstützung für Ubuntu Pro, RT Linux sowie das Linux-basierende Betriebssystem für die Industrie ctrlX OS von Bosch Rexroth an. Mit ctrlX OS erhalten Anwender zudem Zugang zur gesamten ctrlX OS World und zum umfangreichen App-Angebot des ctrlX Stores, das SPS-Anwendungen, Motion Control, Kommunikation sowie Engineering-Tools umfasst.

Entwickler können zudem auf eine Vielzahl von IoT- und Cloud-Apps zugreifen, einschließlich grundlegender Funktionen wie Firewalls und VPN-Clients. Weitere aReady.-Angebote sind geplant.

Diese COMs sind einsatzbereit

Generell ist das gesamte COM-Angebot von Congatec auch in einer aReady.-Ausführung erhältlich. Um Anwendern den Zugang zu erleichtern, stellt Congatec aktuell zwei exemplarische aReady.COMs zur Evaluierung zur Verfügung. Sie basieren auf dem COM-HPC-Standard und der 13. Generation der Intel-Core-Prozessoren (Codename „Raptor Lake“):

• Das COM-HPC-Mini-Modul conga-aCOM/mRLP eignet sich bestens für Anwendungen, die eine hohe Leistung in einem kleinen Formfaktor erfordern.

• Das leistungsorientierte COM-HPC-Client-Size-A-Modul conga-aCOM/cRLP richtet sich an anspruchsvollere Anwendungen, die eine höhere Rechenleistung benötigen.

Beide Module integrieren applikationsfertige Hypervisor-, Betriebssystem- und IIoT-Softwarekonfigurationen, die Kunden bedarfsgerecht zusammenstellen können. Diese vollständig validierten COMs ermöglichen es OEMs, ihre Anwendungen nahtlos zu integrieren und die Systementwicklung von der Anwendungsentwicklung zu entkoppeln.

Die aReady.-Strategie bietet damit eine deutlich höhere Wertschöpfung für COMs, da Congatec die unterhalb und neben der Kundenapplikation benötigten Software-Building-Blocks in der benötigten Konfiguration funktionsvalidiert bereitstellt. Dies macht die Nutzung der COMs deutlich komfortabler und effizienter.

Neues Zeitalter für Embedded-Entwickler

Mit der Einführung der ersten Beispielkonfigurationen aus der aReady.COM-Produktfamilie und der damit verbundenen aReady.-Strategie positioniert sich Congatec als Vorreiter in der Vereinfachung der Implementierung moderner Basistechnologien über den gesamten Lebenszyklus von Kundenapplikationen. Die aReady.COM-Produktlinie repräsentiert einen signifikanten Fortschritt in der Welt der Embedded- und Edge-Computing-Technologien, indem sie Entwicklern ermöglicht, sich rundum auf die Applikationsentwicklung zu konzentrieren und die Markteinführungszeit ihrer Produkte deutlich zu verkürzen. (mk)

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