i.MX 8: Sicherheit, Energieeffzienz und Leistung
Speicherung und Abruf von Echtzeitdaten in der Cloud sind für industrielle Embedded-Produkte längst nicht mehr nur eine Option - sie werden zur Priorität. Viele Industriekunden verlangen nach modernen, nutzerfreundlichen Touchscreens mit reichhaltiger Grafik und Sprachsteuerung. Dieser Trend hin zu komplexen industriellen Interfaces mit Cloudanbindung baut spürbaren Druck bei Prozessorleistung, Sicherheitsfunktionen und Multimediaerlebnis auf. Die Herausforderung heißt, den Entwicklungs- und Wartungsaufwand für solche immer komplexer werdenden Systeme zu reduzieren.
Bild: NXP Semiconductors Germany GmbHIndustriesysteme steuern oft äußerst empfindliche Echtzeitsysteme und liefern akkurate, projektkritische Daten mit null Toleranz für einen Systemausfall. Applikationen wie Industriesteuerungen, Patientenüberwachung, Instrumentenanzeigen in Flugzeugen, die Steuerung von Industriefahrzeugen, Gebäudemanagement und automobile Systeme können sich ein langsames Grafikdisplay ebenso wenig leisten wie einen Systemausfall - und sei er nur ein paar Sekunden lang. Darüber hinaus benötigt man in der Industrie häufig gleich mehrere Bildschirme für die Darstellung der gewünschten Daten. Und dann ist da noch die Sache mit der Sicherheit. Sobald das System an die Cloud angebunden wird, sind die Daten verwundbar und es ist nicht mehr auszuschließen, dass ein System gefährdet wird. Innovativ wie immer, hat NXP neue Möglichkeiten geschaffen, diesen Herausforderungen für ein breites Spektrum industrieller und automobiler Applikationen zu begegnen. Das primäre Ziel besteht darin, den Entwicklungsprozess zu vereinfachen, gleichzeitig aber die Systemleistung der Applikation insgesamt zu verbessern. Jedes Szenario in der Industrie bringt einzigartige Herausforderungen und Erwartungen an die Produktfunktionalität mit sich. Der Möglichkeit bereits bestehende Hard- und Software einzusetzen und wiederzuverwenden, kommt daher eine Schlüsselrolle zu.
Bild: ©everything possible/Shutterstock.comDer Schutz von projektkritischen Displays und Steuerfunktionen
Die i.MX 8-Applikationsprozessor-Familie wurde für die Wiederverwendbarkeit von Hard- und Software konzipiert und deckt eine breite Palette von Prozessorfunktionen ab. Diesen Monat stellt NXP im Rahmen seiner i.MX 8-Baureihe eine dritte Familie vor, die sich beispielsweise für Automobiltechnik, Industrie- und Konsumelektronikapplikationen eignet, welche auf ihre Sicherheit hin zertifiziert werden sollen und sich durch hohe Leistung und Effizienz auszeichnen. NXP hat diese hoch skalierbare Produktfamilie entwickelt, um einen dringend benötigten Migrationspfad für die Geräte der nächsten Generation zu eröffnen. Zur neuen Familie gehören u.a. auf ARM Cortex-A35- und Cortex-M4-Kernen basierende, universell einsetzbare Applikationsprozessoren, die sowohl als vernetzter Multimedia-Baustein als auch als Controller für industrielle Anwendungen fungieren. Diese Lösung zeichnet sich u.a. durch einen hohen Funktionsumfang aus, der auf einem einzigen Chip Grafik und Video mit Hardwarebeschleunigung, leistungsstarke DSP-Funktionen und einen Cortex-M4 Echtzeitprozessorkern integriert. Die Architektur unterstützt Echtzeitverarbeitung, ermöglicht eine sichere Anbindung an die Cloud und sorgt für eine höhere Leistungseffizienz. Wie schon die i.MX 8-Familie verfügt sie über eine 'Failover Display'-Funktion, die gewährleistet, dass dem Nutzer projektkritische Informationen zu jeder Zeit zur Verfügung stehen. Diese Funktion erlaubt den kontinuierlichen Zugriff auf kritische Bildschirmdaten selbst dann, wenn ein Rechenkern oder ein Grafikbeschleuniger ausfallen. So kümmert sich der Cortex-A35 z.B. um das Grafik-Interface für die Instrumentenanzeige in einem Auto - er zeigt dem Fahrer die Drehzahl, die Geschwindigkeit, den Tankinhalt usw. an. Gibt es mit dem Cortex-A35 oder der Grafikfunktion ein Problem, so könnte der Cortex-M4 übernehmen und die kritischen Informationen anzeigen, bis der Cortex-A35-Kern wieder im Normalzustand arbeitet. Ist der Cortex-A35-Kern wieder betriebsbereit, so würde nahtlos wieder auf den ursprünglichen Anzeigepfad umgeschaltet. Die besonders geringe Soft-Error-Rate, durch die sich diese neue Lösung auszeichnet, sorgt für Robustheit und Zuverlässigkeit. Die Immunität gegen Alphateilchen konnte deutlich gesteigert werden, wodurch hohe MTBF-Werte (Mean Time Before Failure) erreicht werden. Industrieanwendungen profitieren darüber hinaus von der GPU (Graphics Processing Unit) mit Hardwarebeschleunigung, mit der sich grafisch anspruchsvolle Bedienschnittstellen erstellen lassen.
Sicherheit und Energieeffizienz
Wie bereits eingangs erwähnt, wird das Thema Sicherheit angesichts der Tatsache, dass immer mehr Industriesysteme an die Cloud angebunden sind, für die Entwicklungsteams zum brennenden Problem. Die Applikationsprozessoren der neuesten Familie sind erstmals mit ECC (Error Correcting Code) an der DDR-Schnittstelle zur Erkennung und Korrektur von Speicherfehlern ausgestattet. Diese Funktion unterstützt eine Zertifizierung nach SIL 3 (Safety Integrity Level 3) und höher für Anwendungen wie SPSen (Speicherprogrammierbaren Steuerungen), Input/Output-Controller, automobile Rückfahrkameras, Cluster, Robotiksteuerungen und Drohnen. Sicherheit und Schutz spielen in industriellen Applikationen eine Schlüsselrolle, aber darüber sollte man die speziellen Herausforderungen an die Energieeffizienz nicht vergessen. Das ideale Szenario besteht darin, den integrierten Funktionsumfang und die Rechenleistung bei möglichst niedrigem Stromverbrauch und geringer Wärmeentwicklung zu maximieren. Mit dem Cortex-A35 beinhaltet die Familie den effizientesten ARMv8-Kern aus dem Hause ARM. Das Betriebssystem für die Bedienschnittstelle kann auf dem Cortex-A35-Kern laufen, und die Applikation profitiert immer noch von den schnellen Echtzeitreaktionen eines auf dem Cortex-M4-Kern arbeitenden Echtzeit-Betriebssystems. Durch die Integration ausgewogener Hardwaregrafik und Videobeschleunigung wird die CPU entlastet, der Leistungsdurchsatz steigt und die Stromaufnahme sinkt. In ähnlicher Weise erledigt der auf dem Chip integrierte DSP das Pre/Post-Audioprocessing und beschleunigt und verbessert damit Spracherkennungsfunktionen. Grafikschnittstellen in Industrie und Automobiltechnik werden immer komplexer, und die ihnen zugrundeliegende Systemintelligenz muss auch in Zukunft mit den Leistungsanforderungen Schritt halten. Ressourcen sind wertvoll, und Kosten spielen immer eine wichtige Rolle. Für Entwickler ist es eine diffizile Aufgabe, neue Möglichkeiten zu finden, wie man Chipdesigns in einen Baustein konsolidieren kann, ohne Kompromisse bei Stromaufnahme, Rechenleistung und Sicherheit. NXP und andere Unternehmen suchen kontinuierlich nach neuen Wegen, diese Ziele zu erreichen. Auf der Embedded World zeigt NXP in Halle 4A, Stand 220, die i.MX 8-Familie in mehreren Live-Demonstrationen.
Speicherung und Abruf von Echtzeitdaten in der Cloud sind für industrielle Embedded-Produkte längst nicht mehr nur eine Option - sie werden zur Priorität. Viele Industriekunden verlangen nach modernen, nutzerfreundlichen Touchscreens mit reichhaltiger Grafik und Sprachsteuerung. Dieser Trend hin zu komplexen industriellen Interfaces mit Cloudanbindung baut spürbaren Druck bei Prozessorleistung, Sicherheitsfunktionen und Multimediaerlebnis auf. Die Herausforderung heißt, den Entwicklungs- und Wartungsaufwand für solche immer komplexer werdenden Systeme zu reduzieren.
Bild: NXP Semiconductors Germany GmbHIndustriesysteme steuern oft äußerst empfindliche Echtzeitsysteme und liefern akkurate, projektkritische Daten mit null Toleranz für einen Systemausfall. Applikationen wie Industriesteuerungen, Patientenüberwachung, Instrumentenanzeigen in Flugzeugen, die Steuerung von Industriefahrzeugen, Gebäudemanagement und automobile Systeme können sich ein langsames Grafikdisplay ebenso wenig leisten wie einen Systemausfall - und sei er nur ein paar Sekunden lang. Darüber hinaus benötigt man in der Industrie häufig gleich mehrere Bildschirme für die Darstellung der gewünschten Daten. Und dann ist da noch die Sache mit der Sicherheit. Sobald das System an die Cloud angebunden wird, sind die Daten verwundbar und es ist nicht mehr auszuschließen, dass ein System gefährdet wird. Innovativ wie immer, hat NXP neue Möglichkeiten geschaffen, diesen Herausforderungen für ein breites Spektrum industrieller und automobiler Applikationen zu begegnen. Das primäre Ziel besteht darin, den Entwicklungsprozess zu vereinfachen, gleichzeitig aber die Systemleistung der Applikation insgesamt zu verbessern. Jedes Szenario in der Industrie bringt einzigartige Herausforderungen und Erwartungen an die Produktfunktionalität mit sich. Der Möglichkeit bereits bestehende Hard- und Software einzusetzen und wiederzuverwenden, kommt daher eine Schlüsselrolle zu.
NXP Semiconductors Germany GmbH
Dieser Artikel erschien in Embedded Design 2 2017 - 07.03.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.embedded-design.net
