Internet der Dinge

Elektronik und Computertechnik jenseits von PC und Tablet

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Vom sparsamen Funksensor bis zum vernetzten Gewächshaus, vom sicheren Raspi bis zum balancierenden Roboter: Unter dem großspurigen Motto „Wir sind das Internet der Dinge“ zeigte die Embedded-Branche spannende Technik abseits des Mainstreams.

Ginge es nach Intel, hätte die Embedded World ihren Slogan auch gleich in Internet der x86-Dinge abwandeln können. Der CPU-Hersteller war ohne völlig neue Produkte nach Nürnberg gereist, aber mit einem großen Stand und vielen Ideen, welche Dinge von x86-Rechenleistung profitieren könnten. Mit im Gepäck: eine gigantische „intelligente“ Kaffeemaschine mit Core-i7-Prozessor und Touch-Display. Sie braute nicht nur leckeren Kaffee, sondern simulierte dabei auch gleich noch die Geräuschkulisse einer italienischen Siebträgermaschine. Die käme mit viel weniger Rechenpower vermutlich zu einem noch besseren Getränk. Nützlicher eingesetzt erschien uns die Rechenleistung unterdessen bei einer Demo, die aus den Bildern von Überwachungskameras live eine Heatmap der meistbesuchten Teile des Standes und seiner Umgebung erstellte.

Viel abstrakter, aber vermutlich für mehr Leute interessant war, dass Intel demnächst ein Firmware Development Kit für die eigenen Embedded-Plattformen – darunter auch die Quark-Bastelplattformen – herausbringt. Der Clou: Mit ein paar Mausklicks kann man sich selbst eine angepasste UEFI-Firmware erstellen. Zahnrad-Symbole für UEFI-Funktionen wie „Booten vom USB-Stick“ sind aus der Bibliothek zu holen und mit der Maus an passende Rädchen im Hauptfenster anzudocken. Eine Bibliothek mit Standardkomponenten, etwa zahlreichen Flash-Chips, soll die Arbeit weiter erleichtern.

Verzögerungen bei Intels Broadwell-Prozessoren dürften der Grund sein, warum einige Hersteller die Generation fünf der Core-i-Familie auslassen. Rechnet man noch die Firmen ab, die schon beim Bau ihrer Haswell-Boards vorausgeplant haben und daher ohne großen Aufwand auf Broadwell umsteigen können, scheint sich die Begeisterung über Intels aktuelle Produktpolitik in Grenzen zu halten. Die Broadwell-Chips zum Einlöten sollen nämlich pinkompatibel zu ihren Vorgängern sein – sofern man beim Design auf ein paar Besonderheiten geachtet hat.

Obwohl Intel die gesockelten Broadwell-Varianten noch gar nicht fertig hat, scharrt der Nachfolger Skylake schon mit den Hufen und soll noch 2015 loslegen. Intel kommentiert das offiziell noch nicht, aber Asrock hat in Nürnberg mehr als ein Dutzend verschiedene Designs damit gezeigt. Die Palette reicht vom für Industriezwecke zertifizierten ATX-Board über Mini-ITX- und Pico-ITX-Platinen bis hin zu Computer-Modulen (COM Express). Zum Einsatz kommen sowohl gesockelte Skylake-Modelle (Fassung LGA1151) mit 35 bis 95 Watt als auch Mobilchips mit 35 bis 45 Watt TDP. Bemerkenswert ist, dass Asrock durchgehend auf DDR3-Speicher setzt, von DDR4 war keine Rede. Als Chipsätze kommen Server- (C236), Büro- (Q170), Desktop- (H110) und Mobilversionen (QM170) zum Einsatz. Erscheinen sollen die Boards im dritten oder vierten Quartal 2015. Ein anderer Hersteller sprach von „September“ und gab zu erkennen, dass bis dahin noch einige Arbeit auf Intel warte – so richtig rund würden die ersten Skylake-Muster nämlich noch nicht laufen.

Netzwerker und Stromsparer

Vernetzte Sensoren sollen zu den wichtigsten Dingen im neuen Internet werden. Dafür müssen sie aber nicht nur funken, sondern sich auch verstehen können – gar nicht so leicht bei der Vielzahl an konkurrierenden Funkverfahren. Einen wunderbar hemdsärmeligen Ansatz dazu hat der Distributor Glyn: die wolkenförmigen Entwicklungs-Boards EVB-Cloud mit Sensoren und Funkchips unterschiedlicher Anbieter. Gerade rechtzeitig zur Messe ist das EVB-Cloud-Wifi mit einem WLAN-Modul von Gainspan (GS2011MIPS) fertig geworden. Es liest Temperatur und Luftfeuchte vom Sensirion-Sensor und überträgt sie per WLAN (802.11n) an ein Smartphone. Die passende App kann auch Steuerbefehle an das Cloud-Board übermitteln. Reichen dessen Fähigkeiten nicht, erweitert man es einfach mit einem Mikrocontroller. Glyn empfiehlt dafür die beiden Entwicklungsboards Spansion FM0+ und Spansion FM3.

In Nürnberg bereits ausgestellt, aber noch nicht ganz serienreif waren weitere Cloud-Boards mit Funkmodulen für Bluetooth, ISM-Bänder (inklusive Zigbee) und Mobilfunk. Die Preise standen noch nicht ganz fest, man versicherte uns jedoch, dass sie in der Größenordnung von 30 Euro liegen und damit auch als Einzelstücke für Bastler erschwinglich sein sollen.

Texas Instruments geht noch einen Schritt weiter und deckt die wichtigsten Funkverfahren – bis auf WLAN – mit einer neuen Chipfamilie ab: SimpleLink Ultra-low Power Platform alias CC26xx und CC13xxC. Die nötige Rechenleistung liefert immer ein 32-bittiger ARM-Kern (Cortex-M3). Der schluckt nur 61 µA/MHz und holt bei 48 MHz aus 2,9 mA immerhin 142 Coremark-Punkte. Kommt noch der Sender dazu, steigt der Stromdurst auf bis zu 6,1 mA, im Tiefschlaf reicht dagegen 1 µA.

Den Reigen eröffnen drei Chips fürs 2,4-GHz-Band: CC2640 spricht Bluetooth Smart (4.1), während CC2630 auf 6LoWPAN und ZigBee spezialisiert ist. Ihr großer Bruder CC2650 vereint ihre Fähigkeiten und fügt noch ZigBee RF4CE dazu. Im zweiten Quartal soll der CC1310 Frequenzen unterhalb von 1 GHz und Reichweiten bis zu 25 km erschließen. Im Herbst kommt eine reine RF4CE-Variante dazu (CC2620) und Ende 2015 wird der Dual-Band-Chip CC1350 schließlich alle Funktionen auch in einem einzigen Chip vereinen.

Bastler dürfen von Anfang an mitspielen, denn Texas Instruments lötet die Chips auch auf vormontierte Sensortags. Die sind im Vergleich zur Vorgängerversion erheblich geschrumpft und kosten rund 30 US-Dollar. Die passenden Android- und iOS-Apps gibt es gratis. Weil die neuen SimpleLink-Chips sparsamer sein sollen als ihre Vorgänger – und auch alles, was die Konkurrenz zu bieten hat –, reicht den neuen Sensortags eine Knopfzelle.

Forscher vom Fraunhofer Institut bewiesen, dass man vernetzte Sensoren auch noch viel sparsamer bauen kann, sogar ohne sie regelmäßig in den Tiefschlaf zu schicken und damit den Löwenanteil der Zeit de facto vom Funknetz abzuklemmen. Der „Low Current Wakeup-Receiver“ schluckt weniger als 3 µA (bei 1,6 V) und kann trotzdem kontinuierlich das 868-MHz- oder das 2,4-GHz-Band überwachen. Sobald er dort ein Wakeup-Muster mit der passenden 16-Bit-Adresse erkennt, weckt er den Rest der Schaltung auf. Das erfordert zwar einen eigenen Chip, der sich später auch als IP-Block in andere integrieren lassen soll, hat aber den Vorteil, dass ein Aufwecken nur 32 ms dauert und nicht nur zu vorher fest definierten Zeitpunkten klappt. Damit kann ein Sensor sogar ganz ohne Batterien auskommen und sich per Energy Harvesting versorgen.

Frage der Sicherheit

Das Internet der Dinge bietet aber nicht nur für wohlwollende Firmen, fürsorgliche Stadtväter und freundliche (Kranken-)Versicherungen gewaltiges Potenzial, sondern auch für Missbrauch und Manipulation. Infineon propagiert die eigenen Krypto-Chips und Secure Elements als Heilmittel. Damit auch Bastler in deren Genuss kommen, bietet Infineon ein günstiges Trusted Platform Module (TPM) für den Raspberry Pi an.

NXP wählt einen etwas anderen Ansatz und spendiert gleich zwei Mikrocontroller-Familien zusätzliche Sicherheitsfeatures. So bekommen LPC18Sxx und LPC43Sxx nun Zufallszahlengeneratoren, AES-Beschleuniger und einen gesonderten Speicherbereich für Schlüssel. Der ist nur einmal beschreibbar. Danach kann die Software ihn nicht einmal mehr auslesen. Das bleibt den neuen fest verdrahteten Krypto-Funktionen vorbehalten. Wem das immer noch nicht reicht, der kann zusätzlich noch ein externes Secure Element anbinden. Ein Entwicklungskit samt einem solchen soll rund 30 US-Dollar kosten.

Ganz ohne Hardware-Aufwand möchte die für Echtzeitbetriebssysteme bekannte Firma Segger Dinge vor Produktfälschungen sichern. Das Problem: Fälscher bauen die Hardware vieler Geräte nach und betreiben sie mit Firmware, die sie aus den Originalen ausgelesen haben – selbst wenn sie dafür Chips aufschleifen müssen. Die Lösung: Die Software emSecure soll die Firmware verschlüsseln und für jeden einzelnen Chip personalisieren. Der Clou: Bei der Fertigung bekommt jeder Chip seinen eigenen, zu seiner Seriennummer passenden privaten Schlüssel ins Flash geschrieben. Erst mit diesem kann er die Firmware auspacken und auch gleich verifizieren. Ein Chip mit einer anderen Seriennummer kann dagegen mit dem Image nichts anfangen.

Alter Wein in neuen Schläuchen

Auf der Embedded World gab es kaum einen Stand, an dem nicht das offizielle Messemotto Internet of Things (alias IoT) bejubelt wurde. Nicht nur uns beschlich allerdings das Gefühl, dass fast alle Firmen lediglich einen Aufkleber „IoT“ auf genau die Produkte kleben, die sie bereits seit vielen Jahren verkaufen.

Dabei verkennen sie, was das „Internet“ ausmacht. Es ist eben kein Verkaufsvehikel für proprietäre Techniken, mit denen man versucht, Kunden auf möglichst ewig zu binden. Zum Erfolg wurde das Internet, gerade weil die grundlegende Kommunikationstechnik offen, standardisiert und allen zugänglich ist. Einst mächtige Firmen wie Compuserve, AOL oder Altavista, die das nicht kapiert haben, sind in den letzten 15 Jahren in der Bedeutungslosigkeit verschwunden.

Diese Lernkurve steht der Embedded-Branche erst noch bevor. Immerhin war diesmal die Bereitschaft, über offene Standards zu diskutieren, schon spürbar größer als noch im vorigen Jahr. Davon unbenommen rühren ARM und Intel getrennt fleißig die Werbetrommel für ihre konkurrierenden Internet-der-Dinge-Allianzen. (bbe@ct.de)

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