M2351應用系列|以 Mbed OS 與 Pelion 物聯網管理系統為例

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NuvotonMarcom
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02 Sep 2019, 19:39

新唐科技 微控制器應用事業群技術經理 – 淩立民 (Robert Ling)
首先,簡單解釋下 Mbed OS
Mbed OS 是由 Arm 公司發展並公開支持 RTOS (Real-Time Operating System) 特別針對物聯網的應用所開發。是採用 Apache 2.0 的開源 (Open-Source) 受方式,使用者可以該授權方式放心地使用這套系統,無論是個人專案或是商用產品。Mbed 發展至今,已由最初的 Mbed OS,主要是支援 Arm Cortex-M 系列;進而發展到 Mbed Linux OS,主要是以支援 Cortex-A 系列為主。Mbed OS 主要的特色包含了高度模組化的硬體功能函式庫、物聯網裝置安全規則和豐富的各種有線與無線連網功能免費驅動程式,詳細的產品特性與帶來好處整理如下表:
TC_Mbed OS主要特色.png
TC_Mbed OS主要特色.png (49.23 KiB) Viewed 192 times
資料來源:Arm Mbed 網站,新唐整理

其次,我們來說明什麼是 Pelion IoT Platform
Pelion IoT Platform (以下簡稱Pelion),也是由 Arm 公司所開發的一套針對物聯網裝置的管理系統,另有個名稱叫 Arm Pelion Device Management (以下簡稱 Pelion DM),是一個包含了節點裝置端到雲端的物聯網管理系統。Pelion DM 針對物聯網的建置與管理,其橫跨了以下的幾個面向與服務內容整理如下圖表:
TC_Arm Pelion Device Management.png
TC_Arm Pelion Device Management.png (169.53 KiB) Viewed 192 times
資料來源:Arm Mbed 網站,新唐整理

接著,我們用幾個問答題的方式來說明上個圖表中的一些關鍵技術
(1) Mbed OS 和 Pelion DM 是如何串接起來的?
答案是 Pelion Client。節點裝置裡需要有安裝 Mbed OS 與 Pelion Client (Pelion DM Client 的簡稱),所以在雲端進行管理工作的就稱為 Pelion Cloud (Pelion DM Cloud 的簡稱)。
(2) IP-Connected 和 Non-IP 有什麼差別?
IP/Non-IP 最主要是為了區分軟體通訊協定的採用,用有線或無線通訊方式則不是重點。Pelion Client 目前針對 IP 的網路通訊協定支持包含了 Wi-Fi、Cellular 與 Ethernet。Non-IP 則是必須經過 Gateway 或是專屬的網路管理機制再經由安全協定連接到 Pelion Cloud。
(3) Pelion DM Cloud 有哪些功能,各項服務是免費的嗎?
最主要的服務包含了連線管理、節點裝置管理與資料收集管理三大領域。當然這三大主要的功能還有一些細節如圖表所敘述,舉例關於產品的生命週期管理,這在一般的微控制器領域比較不常見,因這注入了產品生命週期管理 (Product Lifecycle Management) 的一些功能,諸如安全識別作業 (Provisioning)、安全軟體更新等,而上述所有的功能均需由 Pelion Cloud 和 Pelion Client 搭配實現完成,非 Mbed OS 就能提供,且不是免費,必須向 Arm 公司購買服務授權。
(4) 如何客制化用戶端的應用與服務?
因用戶端的應用非包含在標準的 Pelion Cloud 的產品裡,Arm 的做法是提供服務端的應用軟體開發套件 (SDK),配合 REST API 協定來連接到 Pelion Cloud。
(5) Pelion Client 在裝置端的資源需求要多大?有不同版本嗎?
目前 Arm 在公開的資料上所揭露的版本為 Pelion Client Full Version,需要的 Flash 和 SRAM 的大小約為 Flash: 296KB~392KB;SRAM: 57KB~107KB,依需要放多少 Pelion Cloud 的服務,實際的需求可能還是要根據裝置的設計,特別是 SRAM 的大小可能還是會高於公佈數字。不過 Arm 內部為了配合物聯網節點裝置的資源小型化與低成本需求,一直都有跟網頁上公佈的 partner 公司有在進行 Pelion Client Lite 版本的開發,客戶可以跟所用的 Mbed Enabled 板子提供商來詢問,而不同版本的 Pelion Client 都是 open-source 的 Apache 2.0 授權方式,並提供 Pelion Cloud 服務免費測試,待確定開發完成確定採用再購買 Pelion Cloud 的雲端管理服務。
(6) Pelion Client 一定要搭配 Mbed OS 嗎?Pelion Cloud 如何搭配主流雲服務平臺?
事實上 Pelion Client 不一定要搭配 Mbed OS,像FreeRTOS 也可以跑 Pelion Client,最主要是要搭配 Pelion Cloud 才能實現 Pelion IoT Platform 諸多功能。至於 Pelion Cloud 提供的服務則並非等同於雲服務平臺,例如 AWS、MS Azure…等。所以 Pelion Cloud 所要求的是裝置的管理邏輯,以服務 Arm 的Cortex 內核為主的 CPU 裝置,至於雲端的基礎建設提供則不是重點,所以簡單講客戶可以利用現有的資訊架構,配合 Arm 公司提供的 SDK 來發展物聯網服務入口,或是自行規劃的資料存放裝置,把裝置的連線管理與資料的收集交給 Pelion Cloud。

再接著,我們利用以下說明 M2351 的 Maker Board 如何支持 Pelion IoT Platform
新唐公司的 NuMicro M2351 Series 是業界領先以 Cortex-M23 內核通過 Arm PSA Level 1 與 PSA Security Functional API 雙認證的微控制器產品,基於 Armv8-M 的架構提供了 TrustZone 的程式隔離與諸多跟安全有關的功能,是搭配 Mbed OS 與 Pelion Client 的最佳微控制器平臺,而 M2351 開發評估版也於近期通過了對於 FreeRTOS 的支援驗證,客戶可以在不同的 RTOS 之間多一項彈性的選擇,以 Arm Pelion 物聯網平臺展示物聯網裝置佈署,自由的選擇布建方式通訊協定、雲端及裝置廠商,降低物聯網裝置管理的複雜性,實現安全可靠的物聯網裝置管理。
Arm® Pelion 安全物联网装置管理方案.png
Arm® Pelion 安全物联网装置管理方案.png (202.34 KiB) Viewed 192 times
資料來源:Arm Mbed 網站,新唐整理

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