Практикум «Intel IoT». Edison — могучая «кроха»

В предыдущих частях «практикума» мы рассматривали Intel Galileo, который производителем позиционируется как плата «для изучения». Но есть ещё и устройство, которое можно использовать не только для ознакомления и прототипирования, но и для встраивания в конечные изделия.

Речь идет об Intel Edison. Модуль очень мощный (CPU – двухъядерный Intel Atom 500МГц, MCU – Intel Quark 100МГц), 4Гб флеш-памяти, 1Гб «оперативки», компактный (чуть больше SD-карточки), может «питаться» от батареек или аккумуляторов, оснащён беспроводными интерфейсами (Wi-Fi и Bluetooth 4.0) и многое другое.

Но не будем забегать вперёд.

Unboxing и первое знакомство

Комплект, который я изучал, поставляется вот в такой симпатичной и компактной упаковке:

Помимо самого «главного модуля» Intel Edison, в комплект входят:

• плата расширения (в этом наборе – «ардуино-совместимая», бывают еще более компактные платы для прототипирования);
• четыре пластиковые стойки с крепёжными винтами;
• две гайки для крепления Intel Edison на плате расширения.

Intel Edison сразу впечатляет… своими размерами – ведь в этом маленьком устройстве (размер 35.4х25.0х3.9 мм) заключена достаточно серьёзная «начинка»:

• двухъядерный процессор (Intel Atom, с тактовой частотой 500МГц);
• микроконтроллер (Intel Quark, тактовая частота – 100МГц);
• оперативная память – 1Гб LPDDR3;
• флеш – 4Гб (eMMC);
• модуль Wi-Fi – Broadcom 43340 802.11 a/b/g/n (двухдиапазонный – 2.4 и 5ГГц), встроенная антенна (в моём случае, бывает вариант с внешней антенной),
• модуль Bluetooth 4.0

Почти все компоненты скрываются под металлическим экраном. На «лицевой» стороне платы видна керамическая антенна для беспроводных модулей (слева снизу) и разъем (u.FL) для подключения внешней антенны (чуть выше).

Согласитесь, мало какая система может похвастаться таким «набором». И всё это в крохотном исполнении.

На нижней стороне платы – ещё один «экранированный ящик» с компонентами и разъём, через который Edison коммуницирует с «внешним миром»:

Через этот разъём выведены следующие интерфейсы:

• SD-карта – 1 штука
• UART – 2 порта
• I2C – 2 шины
• SPI – 1 шина с возможностью выбора 2 чипов (2 CS)
• I2S – 1 шина
• Порты ввода-вывода (GPIO) – 12 штук (4 из них – с возможностью ШИМ)
• USB 2.0 – 1 порт (OTG)
• Часовой выход – 32кГц и 19.2МГц

И этот разъём тоже впечатляет своими размерами – 70 контактов на такой малой площади.

Использование именно такого разъёма, видимо, компромисс между желанием вывести как можно больше интерфейсов и желанием сделать это максимально компактно.

Плата, которая пошла в производство, выглядит не так эффектно, как первоначально презентовали Intel Edison:

Но всё-таки, Edison – очень выдающийся продукт.

В домашних условиях, боюсь, прототип своего устройства на базе Intel Edison будет сделать очень проблематично. Но для прототипирования отлично подходит плата из комплекта поставки:

Помимо Edison, на плате хорошо видны «пины» для подключения ардуино-совместимых шилдов (обозначены как «ANALOG IN», «DIGITAL», «POWER»), слот для microSD-карточки, разъём для подключения источника питания и три USB-разъёма (один – type A и два – microUSB).

Сразу расскажу, зачем так много usb-разъёмов, ведь сам Intel Edison обладает только одним OTG-портом. Тут всё дело в волшебных пузырьках положении микропереключателя SW1 (расположен между «полноразмерным» и microUSB разъёмами). Если рычажок переключателя находится ближе к «полноразмерному» USB-разъёму, то работает именно он (режим «хоста»: можно подключать, например, внешний USB-накопитель или клавиатуру), если же переключатель в другом положении – работает microUSB-порт (плату можно подключать к компьютеру, например, для обновления прошивки). Последний microUSB-порт (в правом нижнем углу) используется для организации терминала.

Также на плате расположены 5 кнопок:

• FW и RM – для восстановления работоспособности в случае повреждения «образа»
• PWR – управление режимами питания
• SHLD RST – перезагрузка arduino-скетча, работающего в Intel Edison (не влияет на состояние самого Edison)
• RESET – сброс.

Более подробно о функциях и возможностях использования кнопок рассказывает этот документ.

Для управления различными режимами работы Intel Edison и подключения доп.модулей на плате также расположены следующие пины, разъёмы и джамперы:

• IOREF – для выбора уровня напряжений, с которыми будет работать плата: 5В или 3.3В;
• AREF – выбор опорного напряжения для работы АЦП (также зависит от положения джампера IOREF);
• NTC – пины для подключения термистора (на 10кОм) для контроля температуры аккумуляторной батареи при зарядке. Когда эти пины замкнуты – функция контроля температуры заблокирована;
• ICSP – выполняет теже функции, что и одноименный разъем на плате Arduino UNO;
• BATT – пины для подключения Li-Ion или Li-Po аккумулятора для разработки «носимой» электроники (не перепутайте полярность!);
• PWM – джамперы для конфигурирования работы ШИМ-выходов.

Подробнее можно почитать тут.

У меня в хозяйстве нашелся Li-Po аккумулятор на 3.7В 1000мАч

И я его, конечно же, подключил к соответствующему разъёму – плата тут же «завелась». На плате присутствует «зарядник» для таких аккумуляторов. Соответственно, можно использовать такие АКБ, например, в качестве резервного источника питания.

Более подробно ознакомиться с особенностями использования аккумуляторных батарей можно в этом документе.

Кстати, Intel Edison проектировался в т.ч. для использования в «носимой» электронике, поэтому с потреблением тут всё уже очень неплохо. В спецификакции указаны вот такие характеристики (в режиме ожидания):

• все радиомодули выключены – 13мВт;
• включен Bluetooth 4.0 – 21.5мВт;
• включен Wi-Fi – 35мВт;

Естественно, в активном режиме будет не всё так хорошо, но тут уже зависит от того, что вы будете реализовывать и как оптимизировать потребление системы.

На нижней стороне платы нет ничего интересного, кроме большого количества контактных площадок (видимо, для того, чтобы можно было подключиться «напрямую» к портам Edison):

Для прототипирования более компактных устройств лучше использовать вот такую плату

После того, как мы всесторонне рассмотрели Edison и плату расширения, приступим к настройке.

Прошивка Intel Edison

Подготовим наше «устройство». Для этого необходимо аккуратно разместить Intel Edison на плате расширения (удобные направляющие практически не дают шанса на ошибку), чтобы разъём соединился – нужно слегка нажать на Edison до характерного щелчка (надавливать нужно в области разъёма аккуратно и без лишних усилий). Теперь можно зафиксировать платы между собой маленькими гаечками из комплекта поставки.

Для первичной настройки нужно подключить 2 USB-кабеля (в microUSB-разъёмы), переключатель SW1 должен быть в положении к microUSB. Оба кабеля подключаем к компьютеру (я снова использую mac). Если всё сделано правильно – в системе появится диск EDISON.

Сначала рекомендуется удалить существующий образ, для чего просто удаляем всё с появившегося диска, включая скрытые папки, используя любой доступный инструмент (я воспользовался терминалом).

Смотрим свойства диска EDISON. Если там что-либо кроме FAT16 – всё в порядке, если FAT16 – лечим так.

Забегая чуть вперед

После прошивки будет примерно следующая картина:

root@edison:~# df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
/dev/root               463.9M    365.9M     62.2M  85% /
devtmpfs                479.9M         0    479.9M   0% /dev
tmpfs                   480.2M         0    480.2M   0% /dev/shm
tmpfs                   480.2M    508.0K    479.7M   0% /run
tmpfs                   480.2M         0    480.2M   0% /sys/fs/cgroup
systemd-1                 5.7M      5.3M    462.0K  92% /boot
tmpfs                   480.2M      4.0K    480.2M   0% /tmp
tmpfs                   480.2M         0    480.2M   0% /var/volatile
/dev/mmcblk0p5         1003.0K     21.0K    911.0K   2% /factory
/dev/mmcblk0p7            5.7M      5.3M    462.0K  92% /boot
systemd-1                 2.2G      5.3M      2.2G   0% /home
/dev/mmcblk0p10           2.2G      5.3M      2.2G   0% /home

Качаем свежую версию Yocto. Распаковываем архив и все получившиеся файлы и папки переписываем на диск EDISON. После того, как файлы переписаны, необходимо прошить Edison. Для этого открываем новое окно терминала (или воспользуемся тем, что было на предыдущих шагах).

Вводим команду:

screen /dev/cu.usbserial

И нажимаем клавишу Tab (для автозаполнения), потом дописываем «115200 -L», у меня при этом получилось:

screen /dev/cu.usbserial-AJ035QHB 115200 -L

Подтверждаем ввод (Enter) – видим «чистый экран», ещё раз Enter и получаем окно приветствия:

Вводим логин root. Вводим пароль (если у вас система уже была настроена ранее и это «обновление»). После этого проще всего запустить прошивку с помощью команды:

reboot ota

Внимание, при этом удалятся все настройки, которые были сделаны ранее (например, Wi-Fi и т.п.). Если же это делается впервые – вы ничего не потеряете. Процесс обновления выглядит примерно так:

Если все хорошо, то процесс завершится приглашением для логина:

Все настройки сброшены – логин root (без пароля).

Версия Linux

root@edison:~# cat /proc/version
Linux version 3.10.17-poky-edison+ (sys_dswci@tlsndgbuild004) (gcc version 4.8.2 (GCC) ) #1 SMP PREEMPT Fri Jan 30 14:16:35 CET 2015

Первичная настройка

Для настройки Intel Edison необходимо запустить следующую команду:

configure_edison --setup

Эта команда запускает «мастер» установки, в ходе которого последовательно предлагается задать:

• Пароль административной записи
• Имя устройства

После этих шагов мастер предложит настроить подключение к сети Wi-Fi. Процесс сканирования сетей занимает 10 секунд, после этого в экране терминала выводится примерно следующее:

Далее нужно выбрать номер нужной сети (или ввести скрытый SSID) и ввести пароль для подключения к сети. Если всё сделано правильно – в терминале отобразится полученный IP-адрес.

Готово. Теперь можно спокойно отключить Edison от компьютера и подключить блоком питания (7-15В). Устройство автоматически стартует и подключится к выбранной беспроводной сети.

Теперь Intel Edison можно управлять через SSH (IP-адрес, логин/пароль — все уже определено на предыдущих шагах).
Можно повторить настройки, которые мы уже производили в одной из предыдущих частей «Практикума».

Дополнительно можно подключить карту памяти (microSD) и использовать её на свое усмотрение.

Слева – Intel Galileo Gen2, справа – Intel Edison

Поморгаем светодиодом с помощью Arduino IDE

C момента написания предыдущих частей «практикума» версия Arduino IDE немного «подросла» до 1.6.0. В общем-то, ничего принципиально отличного от того, что было в примере с Intel Galileo Gen2 – нужно выбрать только правильную плату (Edison) и порт (для Mac это порт с названием вида /dev/cu.usbmodemxxxx).

Если всё сделано правильно, то на плате (после загрузки примера Blink) начнёт моргать светодиод DS2. Теперь можно осваивать другие возможности Intel Edison. Для того, чтобы это было быстро и просто осуществить – можно приобрести набор Grove Starter Kit Plus Intel IoT Edition, содержащий наболее востребованные элементы: различные сенсоры, дисплей и т.п.

Удобство этого набора в том, что можно очень быстро и просто создавать различные прототипы устройств, просто подключив необходимый в проекте «набор» устройств в «базовый шилд».

Подобный набор я уже использовал ранее

Для создании погодной станции. Возможно, что у вас уже такой «кит» (или схожий по смыслу) уже имеется в наличии (вероятность этого очень высока, если вы уже начали/осваиваете Arduino). Да и вообще, все те «шилды», что используются с Arduino (с некоторыми оговорками) можно использовать с Intel Edison и «большой» платой.

И ещё больше облегчает процесс изучения наличие всех необходимых примеров.

Собственно, как и декларировалось – переход с Intel Galileo на Intel Edison очень прост: всё, что было сделано для Galileo – просто переносится на «старшее» устройство.

Что дальше?

Вы можете выбирать любой способ разработки, какой нравится. На выбор предлагается:

• Arduino IDE
• Eclipse (C/C++)
• Intel XDK IoT Edition (Node.js/Javascript)

Кстати, с времени публикации предыдущих частей «практикума» Intel IoT Developer Kit тоже обновился (текущая версия – v1.0). При его разработке учли многочисленные замечания и предложения (в т.ч. и те, которые были затронуты в нашем «практикуме») – создавать проекты в Eclipse стало проще, ещё больше примеров, больше документации (причём, часть уже и на русском языке).

Выводы

Intel Galileo и Intel Edison – перспективные устройства, которые позволяют не только «окунуться» в мир разработки устройств на микроконтроллерах, но и использовать серьезные возможности Linux-компютеров (а в случае с Edison – ещё и достаточно мощное оснащение SoC).

Взаимодействие этих богатых (самих по себе) составляющих – существенно расширяют возможности использования: например, на linux-составляющей можно поднять веб-сервер с базой данных для организации удобного веб-интерфейса по управлению какими-либо приборами, а «железная» (ардуино) составляющая – реализует это управление.

Больше устройств хороших и разных.

» Первая часть «практикума»: Galileo Gen2 — Первое знакомство
» Вторая часть «практикума»: Galileo Gen2 — Linux & Arduino
» Третья часть «практикума»: Практикум «Intel IoT». Galileo Gen2 — Eclipse & libmraa+UPM

Ну и совсем свежая новость:

» Intel Edison официально в России: предзаказ и конкурс проектов

Спасибо за внимание!