Pourquoi les ordinateurs monocartes et les kits de développement sont nécessaires à l'avancée de l'Internet des objets
Les plates-formes de développement, qui comprennent aussi bien les kits de développement que les ordinateurs monocartes, ont considérablement évolué au cours des dernières années pour devenir le moteur de la conception et du développement des solutions intégrées qui formeront l'ossature de l'Internet des objets (IoT).
Elles font désormais partie intégrante des premières étapes du processus de conception et jouent par conséquent un rôle essentiel. Elles permettent en effet aux ingénieurs de tester leurs conceptions rapidement, de façon rentable et de réaliser des preuves de concept. L'utilisation de kits pleinement éprouvés, facilement accessibles et prêts à l'emploi supprime les restrictions qui pesaient auparavant sur les ingénieurs. Ces derniers n'ont plus besoin d'utiliser des kits de développement ou des ordinateurs monocartes pour tester leurs idées et peuvent directement les intégrer dans leurs conceptions.
Autre raison qui explique le rôle déterminant de ces plates-formes de développement dans la création de solutions et systèmes IoT : elles sont devenues abordables, compactes et elles allient puissance, performance et connectivité intégrée, autant d'éléments nécessaires à tout dispositif qui se veut compatible avec l'IoT.
L'optimisation de la taille et de l'encombrement, combinée à la capacité d'offrir une telle puissance à un format aussi réduit, font que les plates-formes de développement sont prêtes pour la production. Les ingénieurs peuvent développer des passerelles IoT beaucoup plus facilement qu'avant, et ce, tout en respectant les délais extrêmement courts exigés par cette technologie en plein essor.
Ils peuvent non seulement utiliser les tout derniers kits de développement comme design de référence pour faire progresser leurs créations, mais également utiliser les cartes elles-mêmes pour la fabrication de petits volumes. Cette disponibilité d'accès à un prototypage Plug and Play rapide s'est révélée comme un outil très efficace afin que les concepteurs puissent raccourcir les délais de mise sur le marché de nouveaux produits liés à l'IoT.
L'Internet des objets
Avant d'aller plus loin, il convient de rappeler brièvement ce que nous entendons par Internet des objets, avec toutes nos excuses pour les personnes déjà expertes en la matière. Fondamentalement, l'IoT est un moyen de connecter via Internet presque tous les objets physiques qui contiennent une technologie intégrée (capteurs ou autres modules) leur permettant de détecter leur environnement et de communiquer.
D'où provient le concept d'écosystème IoT ? Pour dire les choses simplement, il s'agit de l'évolution d'Internet, des systèmes micro-électromécaniques et des technologies sans fil. Selon les prévisions, à l'horizon 2020, près de 50 dispositifs en moyenne par foyer seront connectés par IoT pour offrir une mise en réseau domotique interactive. À l'heure actuelle, de nombreux dispositifs tels que des télévisions et des systèmes de chauffage sont déjà connectés et peuvent être commandés et gérés à distance. Dans le même temps, plusieurs prévisions annoncent que d'ici trois ans, entre 25 et 100 milliards de dispositifs seront connectés dans le monde entier.
L'influence qu'aura la capacité à connecter une grande variété de dispositifs et d'objets différents à leurs systèmes ou logiciels d'exploitation propres dépendra largement des plates-formes de communication basées sur le Cloud, du matériel libre et des outils de développement simples d'utilisation. L'IoT contrôlant et gérant un grand nombre de dispositifs essentiels, les composants électroniques et électromécaniques ainsi que les nœuds qui interagissent via la passerelle et communiquent avec le cloud ou le réseau principal doivent remplir deux critères : ils doivent être fiables et bon marché.
Kit de développement
Nous avons établi que pour les projets IoT complexes, les kits de développement et les ordinateurs monocartes représentent la manière la plus efficace de concevoir et de développer les solutions requises.
Étant donné le caractère potentiellement complexe de la conception IoT, il apparaît évident de devoir mettre au point des kits les plus simples d'utilisation possible. Logiciel intégré, connectivité sans fil, plates-formes sur le cloud, analyse de données rapide et précise… Il convient de simplifier le plus possible le processus d'élaboration des solutions qui peuvent communiquer et interagir au sein de cet environnement en temps réel à la fois polyvalent et fort changeant.
Si les kits de développement étaient principalement utilisés en tant que plates-formes de test de la fonctionnalité de microcontrôleur il y a encore une dizaine d'années, leur objectif a considérablement évolué depuis. Aujourd'hui, ils sont souvent conçus comme des kits bon marché, prévus pour une application spécifique, conviviaux et puissants, à destination des concepteurs travaillant à la réalisation de solutions IoT. D'autre part, les ordinateurs monocartes sont aujourd'hui disponibles dans des formats très compacts et présentent de nombreuses fonctionnalités et connectivités à un prix abordable. Ils représentent donc une solution prête pour la production, qui aide les utilisateurs à mettre leurs produits sur le marché plus rapidement.
Grâce à cette accessibilité et à cette disponibilité accrues, la recherche d'une solution de développement liée à l'IoT qui pourrait être utilisée par le plus grand nombre de concepteurs a permis aux cartes de ne plus être des solutions hors de prix, prévues pour une application spécifiques et conçues pour démontrer toutes les capacités d'une puce ou d'un dispositif particulier, notamment le microcontrôleur, le microprocesseur, le processeur de signal numérique ou le réseau prédiffusé programmable par l'utilisateur.
Figure 1. Anatomie d'une carte classique
Simplification du prototypage IoT par les développeurs d'ordinateurs monocartes
De nombreux ordinateurs monocartes disponibles actuellement sur le marché se prêtent à l'activité de prototypage IoT. La variété disponible est telle qu'elle en est presque déroutante. Ce sont les efforts de créateurs indépendants et de start-ups, particulièrement sensibles aux prix, qui ont contribué à l'augmentation du nombre de cartes existantes et à la baisse de leur prix, tout en les rendant plus puissantes et plus fonctionnelles. Nous pouvons affirmer, à juste titre, que ce secteur croissant a poussé le marché vers de nouveaux sommets, élargissant par là même les perspectives de l'IoT. Le fameux ordinateur monocartes à bas prix Raspberry Pi, qui prend en charge des accessoires PC classiques, tels qu'une souris, un écran et un clavier, a largement contribué au dynamisme du marché.
Si le Raspberry Pi, qui exécute une variante du système d'exploitation Debian Linux appelée Raspbian pour offrir une excellente expérience utilisateur, a amorcé l'évolution qui a transformé les ordinateurs monocartes en solutions extrêmement puissantes et abordables destinées à une large gamme d'applications généralistes, le marché a vite commencé à prêter attention à d'autres types d'ordinateurs monocartes.
L'un de ces ordinateurs est le BeagleBone, une carte électronique de développement logiciel libre, qui associe hautes performances, faible puissance et prix abordable. Mettant Android, Ubuntu et d'autres systèmes d'exploitation basés sur Linux à disposition des concepteurs, le BeagleBone donne l'occasion aux développeurs de se concentrer sur la production rapidement sans bruit, dépense ou encombrement excessifs. Selon les propres mots du fabricant : « Les Beagles sont des petits ordinateurs à base de matériel et logiciel libre qui peuvent se brancher sur n'importe quel objet de votre maison. »
La plate-forme de développement WaRP7 constitue un autre exemple d'ordinateur monocartes populaire, conçu pour faciliter et accélérer le développement de produits pour les marchés de l'IoT et des dispositifs portables. Cet ordinateur monocartes qui est l'une des plates-formes les plus petites et les plus riches en fonctionnalités pour les applications IoT portables, présente l'avantage d'être prêt pour la production. Le WaRP7 a pour objectif de simplifier le développement pour les ingénieurs concepteurs en assurant connectivité, autonomie et format compact. Son design et son logiciel libres permettent aux développeurs d'innover sans restrictions de licence, et par conséquent de réduire leurs délais de mise en marché et de concevoir des produits qui se démarquent des autres dans un contexte IoT de plus en plus complexe et concurrentiel.
Le large choix disponible ne se limite pas aux ordinateurs monocartes et s'étend désormais aux cartes basées sur microcontrôleur, cartes avec système sur puce et cartes conçues et produites pour une finalité spécifique. Toutes les cartes de développement offrent une gamme d'options de connectivité sans fil, notamment le Wi-Fi, le Blueooth, ZigBee et LoRa, ce qui permet de créer des réseaux étendus basse consommation pour des applications IoT, machine à machine, industrielles et de villes intelligentes. Bien évidemment, ces cartes prennent également en charge la connectivité filaire Ethernet.
Kits de développement IoT
D'autres plates-formes de développement sur le marché comprennent une gamme de cartes de développement élaborées par les fabricants et qui offrent la fonctionnalité de communication requise pour les applications IoT.
Parmi celles-ci figurent notamment les kits design de référence Texas Instruments CC3100 et CC3200 LaunchPad Wi-Fi qui intègrent des processeurs SimpleLink Wi-Fi. Ces kits sont destinés aux applications industrielles de machine à machine, aux dispositifs d'énergie intelligente, à l'automatisation domestique, à la sécurité, ainsi qu'aux dispositifs multimédias.
Conçu pour « simplifier considérablement la mise en œuvre de la connectivité Internet », le CC3100 dispose d'un processeur réseau Wi-Fi et de sous-systèmes de gestion de l'énergie avec une connexion Wi-Fi « Internet sur puce » (IoC). Ce dispositif intègre tous les protocoles Wi-Fi et Internet, réduisant de manière significative les exigences en matière de logiciel microcontrôleur hôte.
Le CC3200 est doté d'un microcontrôleur sans fil avec un cœur ARM Cortex-M4 cadencé à 80 MHz, permettant aux clients de développer une application complète avec un unique circuit intégré. Grâce à ses modules Wi-Fi et Internet sur puce, ainsi que ses protocoles de sécurité rigoureux, il permet de développer plus rapidement sans aucune expérience Wi-Fi requise.
Les cartes LaunchPad ont également été conçues pour être très compactes. Cela les rend plus susceptibles de satisfaire aux exigences mécaniques des applications IoT pour lesquelles l'espace est limité.
La série de processeurs d'applications NXP i.MX 6 pour des solutions à usage général, telles que les applications automobiles, industrielles et grand public, mérite également d'être mentionnée. Cette plate-forme multicœur inclut différentes familles de produits simple cœur, double cœur et quadricœur basés sur une architecture ARM Cortex, notamment des solutions Cortex-A9, Cortex-A9 + Cortex-M4 et Cortex-A7.
De même, la série i.MX 7 comprend des processeurs d'applications intégrés basse consommation pour des applications IoT sécurisées et portables. Elle aussi constitue une plate-forme multicœur avec un cœur ARM Cortex-A7 et un cœur ARM Cortex-M4. Il convient de mentionner de nouveau ici le WaRP27, qui est l'un des plus petits systèmes de développement avec sa carte mère mesurant environ 2 x 4 cm.
Il existe d'autres solutions IoT sur le marché comme les cartes de développement PIC32 de Microchip qui comprennent divers périphériques embarqués pour le développement de dispositifs dotés de microcontrôleurs PIC32 hautes performances. La carte de développement PIC32MZ EF « Curiosity » est conçue pour simplifier la connexion de produits au Cloud, en particulier pour le développement d'applications IoT sur Amazon Web Services (AWS) en utilisant Amazon FreeRTOS. Il s'agit d'une plate-forme de développement intégrée 32 bits qui inclut également deux embases d'extension mikroBUS qui permettent aux concepteurs d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires en toute simplicité.
Le kit de développement Nucleo avec Wi-Fi pour nœuds IoT de STMicroelectronics permet aux utilisateurs de transmettre des données de capteur vers le Cloud via WiFi et de recevoir des commandes de la part d'applications Cloud. Le kit de développement contient une carte de développement Nucleo-64 avec un microcontrôleur Cortex-M4F, une carte d'extension Wi-Fi, un système micro-électromécanique pour les mouvements et une carte d'extension pour capteurs environnementaux, ainsi qu'une carte d'extension pour tags NFC dynamiques. Les logiciels embarqués comprennent notamment un STM32 ODE Function Pack pour nœuds IoT avec Wi-Fi, NFC et capteurs, connecté à la plate-forme de Cloud IoT Microsoft Azure et un STM32 ODE Function Pack pour nœuds IoT avec Wi-Fi, NFC et capteurs pour l'analyse de vibrations, connecté au cloud IoT Watson d'IBM.
STMicroelectronics propose également des cartes de développement STM32 « Discovery », conçues pour offrir une solution à moindre coût pour évaluer les capacités de microcontrôleurs STM32. Ces kits permettent le développement flexible de nœuds IoT et prennent en charge plusieurs normes sans fil et à faible puissance, ainsi que le Wi-Fi. Ils intègrent en outre des capteurs de mouvements, de gestes et de l'environnement, qui ne sont pas disponibles sur d'autres kits. Dotés d'un débogueur/programmateur intégré, ces kits comprennent également des connecteurs d'extension des fonctions qui donnent accès à la plupart des entrées et sorties du dispositif, ce qui rend possible la connexion de matériel supplémentaire.
Conclusion
Grâce à la récente disponibilité de plates-formes de développement abordables, compactes et extrêmement puissantes qui offrent des fonctionnalités avancées, les ingénieurs concepteurs ont pu créer et développer des passerelles IoT bien plus rapidement et pour des coûts moindres.
Ces kits de développement, y compris les ordinateurs monocartes, joueront un rôle majeur dans le déploiement rapide et effectif de l'Internet des objets, de sorte que ce dernier concrétise les promesses faites par les créateurs et les développeurs depuis des décennies.
Les communications mobiles et la connectivité font désormais partie intégrante du quotidien de nombreuses personnes, avec une utilisation déjà extensive de technologies telles que le Wi-Fi, le Bluetooth, la 4G, la NFC et le GPS. Il existe également de nombreux réseaux privés, métropolitains et étendus en service aujourd'hui, et le stockage dans le Cloud commence à se généraliser dans le monde entier. Si toutes ces avancées ont préparé le terrain pour l'Internet des objets, c'est bien l'avènement des ordinateurs monocartes et cartes de développement à faible coût qui accélérera la mise en œuvre de l'IoT, et qui le transformera en une technologie d'une envergure comparable à celle des smartphones et d'Internet. La prochaine génération se l'appropriera et se demandera comment le monde a pu exister sans elle.
Grâce à ces plates-formes de développement, l'Internet des objets deviendra indispensable au quotidien de chacun, bien plus tôt que ses inventeurs auraient pu l'imaginer.
Pourquoi les ordinateurs monocartes et les kits de développement sont nécessaires à l'avancée de l'Internet des objets Publié le 15 janvier 2018 par Farnell