Amazon FreeRTOS

Операционная система IoT для микроконтроллеров

Amazon FreeRTOS (a:FreeRTOS) – это операционная система для микроконтроллеров, которая упрощает программирование, развертывание, обеспечение безопасности, подключение небольших маломощных устройств и управление ими. В основе Amazon FreeRTOS лежит ядро FreeRTOS – популярной операционной системы с открытым исходным кодом для микроконтроллеров. Возможности ядра расширяются с помощью библиотек программного обеспечения, которые облегчают безопасное подключение небольших устройств с низким энергопотреблением к облачным сервисам AWS, таким как AWS IoT Core, или к более мощным периферийным устройствам, работающим с использованием AWS Greengrass.

Микроконтроллер (MCU) – это однокристальный контроллер, содержащий простой процессор, который используется во многих устройствах, включая бытовую технику, датчики, фитнес-трекеры, приборы промышленной автоматики и автомобили. Многие из этих небольших устройств могут извлечь пользу из подключения к облаку или локального подключения к другим устройствам. Например, интеллектуальные приборы учета электрической энергии должны подключаться к облаку для передачи данных об использовании, а системы безопасности здания должны взаимодействовать локально, чтобы дверь открывалась при предъявлении пропуска на входе. Оснащенные ограниченной вычислительной мощностью и объемом памяти микроконтроллеры обычно выполняют простые функциональные задачи. Микроконтроллеры часто работают под управлением операционных систем, у которых нет встроенных функций для подключения к локальным сетям или облаку, из-за чего работа приложений IoT становится непростой задачей. Amazon FreeRTOS позволяет решить эту проблему и предоставляет как основную операционную систему (для работы периферийных устройств), так и библиотеки программного обеспечения, которые упрощают безопасное подключение к облаку (или другим периферийным устройствам). Таким образом осуществляется сбор данных с этих устройств для приложений IoT и выполнение требуемых действий.

Для начала можно воспользоваться консолью Amazon FreeRTOS, чтобы настроить и загрузить Amazon FreeRTOS для устройства. Квалификационная программа Amazon FreeRTOS позволяет убедиться в том, что микроконтроллер, используемый в устройстве, полностью поддерживает функции и возможности Amazon FreeRTOS. Amazon FreeRTOS имеет открытый исходный код и предоставляется бесплатно. Дополнительные сведения о начале работы см. по ссылке.

Что такое Amazon FreeRTOS?

Преимущества

Построена на ядре FreeRTOS

Amazon FreeRTOS имеет открытый исходный код и основана на ядре FreeRTOS – самой популярной операционной системе реального времени для микроконтроллеров. В Amazon FreeRTOS можно пользоваться всеми преимуществами большого количества существующих инструментов, разработанных для ядра FreeRTOS. Если ядро FreeRTOS уже используется на устройствах, можно либо перейти на Amazon FreeRTOS, чтобы воспользоваться всеми преимуществами функциональных возможностей дополнительных библиотек, либо продолжать использовать только ядро операционной системы.

Простое программирование, развертывание и управление подключенными маломощными устройствами

Amazon FreeRTOS включает в себя библиотеки программного обеспечения, которые упрощают программирование на устройстве зачастую необходимых возможностей IoT. Некоторые библиотеки из этого числа позволяют настраивать устройства для работы в локальной сети с помощью стандартных вариантов подключения, например Wi-Fi или Ethernet. Amazon FreeRTOS включает возможность беспроводного обновления (OTA). Она позволяет удаленно устанавливать на устройства новые функциональные возможности или исправления безопасности.

Защита данных и безопасное подключение устройств

Amazon FreeRTOS поставляется с библиотеками, которые позволяют обеспечить защиту подключений и данных устройств, при этом они поддерживают шифрование данных и управление ключами. В Amazon FreeRTOS имеется поддержка протокола TLS (TLS v1.2) для безопасного подключения устройств к облаку. Помимо этого Amazon FreeRTOS позволяет подписывать код для его защиты во время развертывания или OTA.

Подключение к облаку или локальному периферийному устройству

Устройства Amazon FreeRTOS могут напрямую подключаться к облачным сервисам, таким как AWS IoT Core, или к локальным периферийным устройствам, например к устройствам AWS Greengrass. При подключении устройств Amazon FreeRTOS к устройству Greengrass Core с устройством можно будет продолжать взаимодействовать, даже если оно потеряет связь с облаком.

Широкая аппаратная и технологическая поддержка

Amazon FreeRTOS предлагает гибкие возможности, позволяющие легко создавать решения IoT для разных чипсетов, и поддерживает различные архитектуры, такие как ARM и MIPS. Для новых устройств можно выбрать проверенный чипсет от надежных поставщиков, включая Espressif, Microchip, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Texas Instruments и других участников квалификационной программы Amazon FreeRTOS.

Как работает сервис

Amazon FreeRTOS предоставляет все необходимое для простого программирования подключенных устройств на базе микроконтроллеров и сбора с них данных для приложений IoT. Для начала можно выбрать микроконтроллер, который полностью поддерживает функции и возможности Amazon FreeRTOS, от таких надежных поставщиков, как Espressif, Microchip, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Texas Instruments или других участников квалификационной программы Amazon FreeRTOS. Затем можно использовать консоль Amazon FreeRTOS, чтобы выбрать подходящие библиотеки программного обеспечения для своих устройств и загрузить полную версию операционной системы Amazon FreeRTOS, включая библиотеки, необходимые для устройств и приложений. Для получения дополнительной информации о всех возможных вариантах начала работы нажмите здесь.

После развертывания Amazon FreeRTOS на устройствах их можно безопасно подключить к облачным сервисам, например AWS IoT Core, или к локальным периферийным устройствам, а затем удаленно обновить с помощью OTA.

Примеры использования

Промышленные приложения

Клиенты из промышленной отрасли используют устройства на базе микроконтроллеров, которые генерируют данные о критически важных для бизнеса рабочих нагрузках. Благодаря невысокой стоимости, низкому энергопотреблению и возможности выполнения операций в режиме реального времени микроконтроллеры используются в промышленных датчиках, приводах, насосах и компонентах автоматизации. Например, отдельный насос на установке для бурения нефтяных скважин управляется микроконтроллером, который в случае неполадки может полностью прекратить добычу нефти. Amazon FreeRTOS позволяет клиентам из промышленной отрасли собирать данные о производительности системы и диагностические данные посредством прямого подключения к облаку, а также локально выполнять критически важные действия в режиме реального времени с помощью AWS Greengrass для предотвращения незапланированных перебоев в работе.

Решения B2B

Микроконтроллеры обычно используются в коммерческих устройствах B2B благодаря их низкому энергопотреблению и невысокой стоимости. Например, производители оборудования для обеспечения безопасности все чаще добавляют возможности подключения к устройствам на базе микроконтроллеров, таким как дверные замки для промышленного использования и сенсорные системы. Amazon FreeRTOS позволяет этим компаниям ускорить выпуск новых подключаемых продуктов, упрощая процесс проектирования и разработки. Процесс разработки упрощается, поскольку квалификационная программа Amazon FreeRTOS предоставляет список проверенных микроконтроллеров, а консоль Amazon FreeRTOS позволяет загружать исходный код, заданный для конкретного микроконтроллера и примера использования. Производители из этого списка могут безопасно устанавливать исправления на коммерческие дверные замки с помощью OTA.

Потребительские товары

Amazon FreeRTOS может помочь компаниям, выпускающим такие потребительские товары, как бытовая техника, продукты, относящиеся к носимым технологиям, или производителям интеллектуального освещения стандартизировать разработку, доставку и обслуживание устройств на базе микроконтроллеров, относящихся к самым разным продуктам и моделям. Amazon FreeRTOS предоставляет единую операционную систему для микроконтроллеров, которая может поддерживать широкий спектр микроконтроллерного оборудования различной мощности и производительности. Это позволяет компаниям сосредоточиться на внедрении инноваций в продукт, а не заниматься решением сложных задач, связанных с разработкой ПО для нескольких линеек продуктов. Amazon FreeRTOS также предоставляет способ безопасного обновления возможностей существующих потребительских продуктов, находящихся в эксплуатации, с помощью OTA.

Истории клиентов

«Amazon FreeRTOS упрощает для Allegion процесс внедрения новых инновационных функций в наши подключенные продукты, такие как электронные замки Schlage, и позволяет легко перемещаться между разными аппаратными платформами. Мы можем сосредоточиться на наших основных сильных сторонах и разрабатывать инновационные продукты для обеспечения защиты и безопасности, зная, что использование Amazon FreeRTOS позволит выполнить интеграцию надежно и предсказуемо».

– Тодд Грейвз, старший вице-президент Allegion по инженерно-технологическим вопросам

Amazon FreeRTOS позволяет быстро осуществить интеграцию встроенного оборудования с облаком IoT. Новые возможности, добавленные в ядро FreeRTOS, в том числе функция беспроводного обновления встроенного ПО с подписанием кода, позволяют использовать только протокол MQTT вместо управления несколькими портами, сокетами и протоколами. Библиотеки Amazon FreeRTOS позволяют сократить начальное время разработки, благодаря чему компания Allegion (Schlage) может сосредоточиться на функциональных возможностях продукта, позволяющих увеличить потребительскую ценность их решений по обеспечению безопасности.

«Amazon FreeRTOS – качественный скачок вперед для нашего бизнеса и клиентов. Группы разработчиков теперь могут сосредоточиться на приложении, а не заниматься вопросами подключения, обмена сообщениями или безопасности. Вместо этого они выбирают плату, чип и легко подключаются к AWS IoT».

– Себ Чакраборти, технический директор

Компания Centrica Connected Home (Hive) видит в Amazon FreeRTOS средство ускорения циклов разработки продуктов для новых подключенных устройств на базе микроконтроллеров, таких как датчик утечки Hive. По сравнению с технологиями уникального встроенного ПО, которые Centrica Connected Home использовала в своих предыдущих датчиках, использование Amazon FreeRTOS позволяет ускорить время выхода продукта на рынок, учитывая значительное сокращение усилий разработчиков, необходимых для безопасного подключения к AWS IoT, а также времени, необходимого для оценки нескольких чипсетов, поскольку теперь на разных чипсетах может работать один код. Centrica Connected Home также предвидит возможное снижение эксплуатационных расходов за счет использования управляемых сервисов AWS, например беспроводного обновления с подписанием кода.

«Мы проводили оценку технологий AWS Greengrass и Amazon FreeRTOS в рамках проекта тестирования опытного образца, и за короткое время эти технологии позволили нам безопасно объединить расположенные рядом системы Honeywell в сеть, позволив им взаимодействовать с очень низкой задержкой при отсутствии подключения к Интернету. Эта технология может помочь нам включить сторонние продукты в нашу взаимосвязанную систему. Для нас представляет особый интерес возможность AWS Greengrass выполнять анализ на периферийных устройствах для нескольких примеров использования».

– Аравинд Падманабхан, вице-президент по вопросам платформ и инноваций IoT

Honeywell демонстрирует опытный образец, созданный группой инженеров-разработчиков с помощью технологий AWS Greengrass и Amazon FreeRTOS. Этот опытный образец позволил Honeywell быстро создать демонстрационный прототип системы с использованием термостата Lyric T5 Wi-Fi, системы безопасности жилых помещений Honeywell и множества внешних датчиков. Основные преимущества для клиентов включают быстрое создание сети между расположенными рядом устройствами и выполнение анализа на периферийных устройствах. Это решение пока недоступно для коммерческого использования, а представляет собой лишь демонстрацию возможностей использования новых сервисов IoT AWS.

Роботам, созданным в лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, необходимо работать в суровых условиях, а зачастую и на краю известной Вселенной. С помощью периферийных вычислений AWS и Amazon FreeRTOS JPL разработала прототип разнородной роботизированной группировки, в которой используются разные типы роботов для выполнения сложной задачи. Amazon FreeRTOS позволила JPL создать и внедрить разных новых и более мощных миниатюрных роботов намного быстрее, чем раньше, притом на базе оборудования с крайне ограниченными вычислительными ресурсами.