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Markteinführung des Genuino 101!

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Das Intel Curie-basierte Board vereint Performance mit geringer Leistungsaufnahme und vielseitigen Einsatzmöglichkeiten.

Das Genuino 101 – in den USA auch als Arduino 101 vertrieben – ist das Nachfolgemodell des renommierten UNO und weist denselben beliebten und oft kopierten Formfaktor auf wie sein Vorgänger. Wie jedoch der Name schon nahelegt, handelt es sich hier um ein eigenständiges Produkt, das von den Schöpfern des Arduino, Massimo Banzi und Kollegen, in Kooperation mit Intel um das Herzstück des neuen Intel Curie-Moduls herum konzipiert wurde.

Zwar ist das Genuino 101 dem UNO sehr ähnlich, denn es umfasst kompatible Stiftleisten, wird über die offizielle IDE (Integrated Development Environment, integrierte Entwicklungsumgebung) unterstützt und auch auf einem vergleichbaren Preisniveau angeboten, doch hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit stellt es einen Entwicklungssprung dar. Zunächst einmal beinhaltet das Curie-Modul zwei 32-Bit-Kerne und bietet neben anderen Funktionen einen 6-Achsen-Beschleunigungsmesser und ein Bluetooth LE-Modul (Bluetooth Low Energie).

Technische Daten

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Das Genuino 101 kann per USB oder über einen 2,1-mm-Steckverbinder mit einer Eingangsspannung von 7–20 V DC (empfohlenes Maximum von 12 V DC) mit Strom versorgt werden. Die E/A-Spannung beträgt 3,3 V, wobei die Kontaktstifte 5-V-tolerant sind. Dadurch kann das System besonders flexibel eingesetzt und auch mit einem breiteren Spektrum an Peripheriegeräten betrieben werden. Die Shields (Zusatzplatinen) wurden für das UNO und andere ältere Boards konzipiert. Ein-/Ausgänge:

  • 14 digitale Ein-/Ausgänge (4 davon können als PWM-Ausgänge genutzt werden)

  • 6 analoge 10-Bit-Eingänge (alternativ auch als digitale Ein-/Ausgänge konfigurierbar)

  • RX und TX seriell (TTL)

  • SPI

  • I2C

Kontaktstifte sind für Quellen- und Senkenstrom mit maximal 4 mA geeignet.

Auch wenn es bislang keine großen Überraschungen gegeben hat, wird es an dieser Stelle sehr interessant, das Curie-Modul eingehender zu betrachten.

Das Curie-Modul ist mit einem 32-Bit-Intel Quark- und einem 32-Bit-ARC-Mikrocontroller ausgestattet, jeweils mit einer Frequenz von 32 MHz. Der erste Mikrocontroller basiert auf einer x86-Architektur und wurde für einen geringen Platzbedarf und eine niedrige Leistungsaufnahme optimiert, beim zweiten handelt es sich um einen hochgradig konfigurierbaren RISC-Prozessor, der jährlich in mehr als 1,5 Milliarden Produkte eingebettet wird. Das Modul verfügt über einen 384-KB-Flash- und einen 80-KB-SRAM-Speicher und übertrifft damit den 32-KB-Flash- und den 2-KB-RAM-Speicher des 8-Bit-UNO deutlich! Ferner wurde trotz der sehr kleinen Abmessungen eine Bluetooth Low Energie-Einheit, ein 6-Achsen-Beschleunigungsmesser/Gyroskop sowie ein Akkuladekreis in das Modul integriert.

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Das Intel Curie-Modul wurde für Wearables (am Körper tragbare Geräte) konzipiert, ist jedoch sehr vielseitig in Bereichen einsetzbar, in denen es auf eine Kombination aus kompakter Bauweise, hoher Leistung und geringer Leistungsaufnahme ankommt; IoT-Geräte sind hier ein offensichtliches Beispiel. Als dieser Beitrag geschrieben wurde, lagen noch keine ausführlichen technischen Informationen über das Curie-Modul vor, doch da es erst vor wenigen Monaten bekannt gemacht wurde, dürften entsprechende Informationen zu gegebener Zeit veröffentlicht werden.

Jedenfalls profitieren wir mit der Arduino-Plattform schon jetzt von vielen Leistungsmöglichkeiten des Curie-Moduls und müssen uns nicht weiter mit den kleinsten Details befassen. Natürlich ist es durchaus wünschenswert, ins Innerste des Systems vorzudringen, insbesondere bei offener Hardware wie dieser. Es besteht jedoch kein Grund zur Sorge: So, wie es aussieht, werden die detaillierten Informationen innerhalb weniger Monate verfügbar sein.

Softwareunterstützung

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Zur Inbetriebnahme des Genuino 101 ist Arduino IDE 1.6.7 oder höher erforderlich. Nach dem Starten der IDE müssen Sie nur den Board Manager öffnen und vor dem Installieren entweder nach „101“ oder nach „Curie“ suchen, um das Paket zu ermitteln, das Unterstützung für das Board bietet. Anschließend kompiliert die IDE Sketches (Programme), die auf den Quark- und den ARC-Kernen ausgeführt werden.

Auf dem Curie-Modul wird ein von Intel entwickeltes Echtzeit-Betriebssystem (Real-Time Operating System, RTOS) ausgeführt, das ab März 2016 als Open-Source-Version verfügbar sein sollte. Bis dahin ist der Datenaustausch mit dem RTOS nur über die Arduino IDE zur Ausführung bestimmter vordefinierter Aufgaben möglich, z. B. zum Programmieren von Sketches zum Flashen, zum Bereitstellen von Sketches für die Nutzung des Bluetooth LE-Moduls und zum Durchführen einer Pulsweitenmodulation.

Ferner ist erwähnenswert, dass Sketches mithilfe des DFU-Modus (Device Firmware Update, Wartungsmodus) hochgeladen werden und nicht, wie beim UNO und den meisten anderen Arduino-Boards, per USB/UART-Schnittstelle (Universal Serial Bus/Universal Asynchronous Receiver Transmitter), über die eine Verbindung mit dem in den Flash-Speicher des Mikrocontrollers programmierten Bootloader hergestellt wird. Die Bootloader-Methode für das Arduino funktionierte selbstverständlich, aber der DFU-Modus bietet eine standardisierte und ausgereiftere Methode.

Curie-Bibliotheken

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Die USB-Schnittstelle macht außerdem einen virtuellen seriellen Anschluss verfügbar. Dieser ist steuerbar, indem Daten aus dem Serial-Objekt gelesen und in Sketches in dieses geschrieben werden. Die Kontaktstifte 0/1 liefern einen seriellen Hardwareanschluss, der dem Objekt Serial1zugeordnet ist. So ist es hinreichend einfach, PC-basierte Anwendungen mit einem auf dem Genuino 101 ausgeführten Sketch zu verknüpfen und zudem serielle Peripheriegeräte wie einen GPS-Empfänger anzuschließen.

Als dieser Beitrag geschrieben wurde, waren Curie-spezifische Bibliotheken auch für folgende Bereiche verfügbar:

  • Niedrigenergie-Bluetooth

  • Beschleunigungsmesser und Gyroskop

  • Zeit

Die letzte Bibliothek ermöglicht das Lesen und Einstellen einer Echtzeituhr (Real-Time Clock, RTC), eine außerordentlich nützliche Funktion, die in der Regel bei größeren Plattformen oder auch als Erweiterung für kleinere Plattformen zu finden ist.

Neben den oben aufgeführten ist natürlich auch das Standardsortiment der Arduino-Bibliotheken verfügbar.

Beispiele und Tutorials

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Erwartungsgemäß werden die Bibliotheken mit Beispiel-Sketches bereitgestellt. Mit den Beispielen für Bluetooth Low Energie-Peripheriegeräte kann die Spannung an analogen Kontaktstiften per Fernzugriff abgelesen, der Kontaktstatus des digitalen Eingangs abgerufen und eine LED ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Die bereitgestellten Beispiele für das Beschleunigungsmesser- bzw. das Gyroskop-Modul – sog. Inertial Monitoring Unit (Trägheitsüberwachungseinheit, IMU) – ermöglichen den Zugriff auf Sensor-Rohdaten sowie die Erkennung von Erschütterungen, Stößen und Schritten.

Ferner sind Beispiele für serielle Anschlüsse und, wie bereits erwähnt, zum Lesen und Einstellen einer Echtzeituhr verfügbar.

Die Beispiele sind gut geeignet, wenn Sie sich einen schnellen Überblick verschaffen möchten, wie Sie die Bluetooth LE-Funktion oder die IMU in einem Projekt verwenden können. Die zusätzlich angebotenen Tutorials vermitteln dagegen praktischere Erfahrungen mit der Ausführung von mehreren tollen Demo-Anwendungen, anhand derer Sie sich eingehender mit den Möglichkeiten des Systems vertraut machen können.

In dem vielleicht beeindruckendsten Tutorial werden mit dem Madgwick-Filteralgorithmusanhand der Rohwerte von einem Gyroskop und einem Beschleunigungsmesser vier Quaternionen zurückgegeben, bei denen es sich um 4-dimensionale Zahlen mit x-, y- und z-Werten handelt, die die Achse darstellen, um die herum eine Drehung auftritt. Eine weitere Dimension, der ω-Wert, beschreibt die um dieselbe Achse herum auftretende Drehung. Mit diesen Quaternionen lassen sich die Eulerschen Gier-, Nick- und Rollwinkel berechnen“. Die Ergebnisdaten werden dann über den seriellen Anschluss an eine auf einem PC ausgeführte Verarbeitungsanwendung gesendet, die wiederum in Echtzeit die räumliche Orientierung des Genuino 101 visuell darstellt.

Als der Beitrag geschrieben wurde, waren weitere Tutorials zum Erstellen eines Schrittzählers sowie für einen Bluetooth Low Energy-Pulsmesser verfügbar. Das letztgenannte Tutorial simuliert de facto die Messung des Pulsschlags mithilfe eines Potenziometers zur Steuerung der Frequenz. Die Daten werden dann an eine auf einem Android- oder iOS-Gerät ausgeführte App übertragen. Dies sind genügend Beispiele für die Arten der Anwendungen, die Sie erstellen können.

Erste Eindrücke

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Hinsichtlich seiner Leistungsmöglichkeiten ist das Genuino 101 im Vergleich zum Vorgänger UNO selbstverständlich eine bedeutende Weiterentwicklung und die zusätzliche Kapazität des Flash- und des SRAM-Speichers alleine werden viele Nutzer begrüßen. Das Intel Curie-Modul mit zwei 32-Bit-Kernen, integrierter Bluetooth LE-Funktion und einer IMU verspricht interessante Einsatzmöglichkeiten. Die zur Unterstützung vorhandene IDE, die Bibliotheken und die Beispiele tragen ganz erheblich zur typischen Benutzerfreundlichkeit des Systems bei.

Sobald das RTOS als Open-Source-Version verfügbar ist und weitere Details über das Curie-Modul bekannt sind, werden wir, da bin ich ganz sicher, noch viel mehr sehen, was mit dem System möglich ist. Bis dahin eignen sich das Datenblatt zum Intel Curie-Modul und die Kurzdarstellung zum Intel Quark SE als interessante Lektüre und es gibt wirklich mehr als genug Anwendungen für die drahtlose Datenübertragung, für Sensoren usw., für die das Genuino 101 wie gerufen kommt.

Andrew Back

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Open source (hardware and software!) advocate, Treasurer and Director of the Free and Open Source Silicon Foundation, organiser of Wuthering Bytes technology festival and founder of the Open Source Hardware User Group.
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