Arduino Portenta H7 bringt Entwicklungsboards auf Produktionsniveau

Zachariah Peterson
|  Erstellt: April 7, 2020  |  Aktualisiert am: September 25, 2020
Arduino Portenta H7 bringt Entwicklungsboards auf Produktionsniveau

Wenn ich den Namen „Arduino“ höre, denke ich nicht unbedingt an produktionsreife Hardware. Ich möchte die Leute bei Arduino nicht herabwürdigen, sie haben hervorragende Arbeit geleistet, indem sie die Bildungs- und Proof-of-Concept-Entwicklungsnischen erobert haben, so sehr, dass andere Hardware-Plattformen einfach nicht aufholen konnten. Arduino-Boards sind eine ausgezeichnete Wahl für Prototyping mit geringem Volumen und die Entwicklung eingebetteter Software. Aber was ist mit produktionsreifen Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen?

Die neue Arduino Portenta H7 Plattform zielt auf eingebettete Anwendungen in industriellen Umgebungen ab. Im Vergleich zu den MKR- und Nano-Plattformen könnte dieses Board endlich tiefer in produktionsreife Anwendungen eindringen, anstatt nur als Entwicklungs- und Prototyping-Produkt betrachtet zu werden. Lassen Sie uns einen Blick auf die Fähigkeiten dieses neuen Produkts und seine Eignung für verschiedene eingebettete Anwendungen werfen.

Arduino Portenta H7 Fähigkeiten

Das Arduino Portenta H7 basiert auf einem STM32H747 Dual-Core-Prozessor (Cortex-M7-Kern mit 480 MHz und ein Cortex-M4-Kern mit 200 MHz). Sicherheit und Datenschutz in IoT-Systemen ist ein zeitgenössisches Anliegen, und dieses Board enthält einen ECC608 (Microchip) oder SE050C2 (NXP) IC für Kryptografiefunktionen. Die gesamten Hardware-Fähigkeiten des Portenta-Boards umfassen:

  • Arduino MKR-Header mit UART1, 6x Analogeingangspins, GPIO, PWM, SPI, I2C, Reset, 5V, 3.3V und GND
  • 2 MB Onboard-SDRAM, 16 MB NOR-Flash-Onboardspeicher (aufrüstbar bis zu 128 MB)
  • 10/100 Ethernet PHY-Schicht
  • 2,4 GHz WiFi (802.11b/g/n, bis zu 65 Mbps) und Bluetooth 5.1 (BR/EDR/LE) mit Keramikantenne
  • USB-C-Anschluss mit DisplayPort

Sie können das Modul selbst als Controller für eine Vielzahl von Edge/IoT-Anwendungen verwenden. Dieses Board führt native Arm Mbed OS-Anwendungen, MicroPython- oder JavaScript-Programme mit einem Interpreter oder ML/AI-Anwendungen mit TensorFlow Lite aus. Sie können auch die beiden Kerne des STM32H7-Mikrocontrollers nutzen, indem Sie Standard-Arduino-Code auf dem Cortex-M4-Kern ausführen und rechenintensive MicroPython-Codes auf dem Cortex-M7-Kern interpretiert werden.

Arduino Portenta H7 und sein Carrier Board

Die Arduino Portenta H7-Plattform hat dem Trend anderer SBC/MCU-Boards gefolgt und sich in Richtung modulares Design entwickelt.Andere Arduino-Plattformen (z.B. Mega, Nano) konnten auf eine Basisplatine gebracht oder mit Shield-Platinen erweitert werden, aber Entwickler mussten diese entweder selbst entwerfen oder von einem Drittanbieter kaufen.

Als Teil des Portenta-Ökosystems haben die Leute bei Arduino eine Trägerplatine mit Zugang zu zahlreichen Peripheriegeräten für diese Module erstellt. Dies bringt Portenta in ein modulares Ökosystem für das Design von Trägerplatinen und erleichtert das Entwerfen einzigartiger Trägerplatinen für diese Plattform (mehr dazu unten). Portenta verbindet sich über zwei 80-polige Board-to-Board-Steckverbinder an der Unterseite des Moduls mit seiner Trägerplatine.

Carrier board for the Arduino Portenta H7
Arduino Portenta H7 Trägerboard

Die Trägerplatine hält das Portenta-Modul etwas angehoben von der Basis, anstatt sich über einen Randstecker zu verbinden. Dies ermöglicht den direkten Zugriff auf die Pins am Portenta und erweitert gleichzeitig die Palette der Geräte, die mit einem Portenta-Modul verbunden werden können. Die Trägerplatine bietet viele Konnektivitätsoptionen, über die man sich freuen kann:

  • Erweiterbarer Speicher mit einem MicroSD-Kartensteckplatz
  • 8-Bit LVTTL/2-Lane MIPI CSI Kamerastecker
  • 3 analoge Audiobuchsen
  • RJ45 Gigabit Ethernet-Anschluss (rückwärtskompatibel mit dem 10/100 PHY)
  • NBIoT/CatM1/GPRS Modem und SIM-Kartensteckplatz für den Mobilfunkzugang
  • Murata CMWX1ZZABZ LoRa-Modul
  • 2x Antennenanschlüsse
  • 2 USB-Anschlüsse
  • RJ-9-Anschluss für CAN-Bus
  • RJ-11-Anschluss für RS232/422/485
  • 40-poliger GPIO-Anschluss
  • mPCIe-Anschluss für externe Module (I2C und USB)

All diese Optionen machen das Trägerboard zu einer ausgezeichneten Wahl für den Prototypenbau eines neuen Produkts, das eine Schnittstelle zu einem Kameramodul, PCIe-Modul, einem LAN, drahtlosen Netzwerk, einem anderen Gerät/Computer über USB oder anderer externer Hardware benötigt. Sie können die Vorteile des Trägerboards nutzen, um die Schnittstellenfunktionalität sicherzustellen, während Sie sich auf die Entwicklung der eingebetteten Software konzentrieren. Allerdings benötigt eine reale Anwendung möglicherweise nicht all diese zusätzlichen Verbindungen, und es könnte sinnvoll sein, Ihr eigenes Trägerboard zu entwerfen, das auf Ihre Anwendung zugeschnitten ist.

Trägerboard-Design für das Arduino Portenta H7

Wenn Sie kein Fan des aktuellen Trägerboards für das Portenta sind, können Sie Ihr eigenes Trägerboard entwerfen, um die Fähigkeiten zu erweitern und wichtige Peripheriegeräte hinzuzufügen. Das aktuelle Trägerboard ist sehr universell einsetzbar, was es zu einer großartigen Option für Prototyping mit einigen Peripheriegeräten macht. Es ist jedoch ein sperriges Board, und Sie benötigen möglicherweise nicht alle Peripheriegeräte auf dem Trägerboard für Ihre spezielle Anwendung. Anstatt Kompromisse einzugehen, könnten Sie ein maßgeschneidertes Trägerboard entwerfen, das auf Ihre Anwendung und den erforderlichen Formfaktor zugeschnitten ist.

Wenn Sie mit standardmäßigen CoM-Schnittstellen (I2C/I2S, UART, GPIO usw.) vertraut sind, dann sind Sie in einer hervorragenden Position, um ein benutzerdefiniertes Trägerboard für ein Portenta-Modul zu erstellen. Dies wird erheblich erleichtert, wenn die standardmäßigen Routing-Anforderungen als Designregeln in Ihren Routing-Tools definiert sind. Sie können hier einige weitere Tipps und Tools für die Arbeit mit Arduino-Plattformen finden.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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