Enuc-Box-PC mit erstem Smarc-2.0-Modul von Congatec

Inspiriert zur Entwicklung eines neuen IoT-Gateways wurde Technagon von der Lösungsanforderung, die ein Automobilhersteller für Ladestationen bei den Händlern benötigte. Ein zentrales System sollte mehrere E-Ladestationen über einen Charge-Point-Server in das jeweilige Händlernetzwerk integrieren. Dieser Server bietet den Händlern Zugriff auf alle relevanten Funktionen vor Ort und erlaubt es Aufstellern, umfassende Remote-Management-Funktionen durchzuführen, die für den reibungslosen Betrieb der Ladestationen inklusive Funktionsupgrades erforderlich sind. Gleichzeitig sorgt der Charge-Point-Server für eine sicherheitstechnische Trennung des Händlernetzes von der Ladeinfrastruktur.

Bild 2: Ob als Desktop, Hutschienen-PC oder für die Wand- und Monitormontage, der Tenuc-100 Box-PC lässt sich flexibel montieren und ist auch als Tenuc-100 R in einer Rugged-Variante im Alugehäuse und mit IP54-Schutz verfügbar. Technagon

Technagon

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Bild 3: Das Congatec-Smarc-2.0-Modul ist mit Intel-Atom-, -Celeron- und -Pentium-Prozessoren (Codename Apollo Lake) bestückt und auch für den Outdoor-Einsatz in Smart-City-Applikationen geeignet. Congatec

Bild 1: Der Box-PC Tenuc-100 von Technagon nach dem Enuc-Standard ist als IoT-Gateway entwickelt und basiert auf den Smarc-2.0-Modulen von Congatec mit Intel-Atom, -Celeron- und -Pentium-Prozessoren (Codename Apolo Lake). Technagon

Entwickelt und gefertigt hatte Technagon solche Gateways bereits früher als 19-Zoll-Einschubsystem für die Serverräume der Händler. Aufgrund der zunehmend hohen Leistungsfähigkeit auch kleinerer Embedded-Prozessoren – wie den aktuell gelaunchten Intel-Atom-, -Celeron- und -Pentium-Prozessoren (Codename Apollo Lake) – und der Anforderung, solche Embedded-Systeme auch im Outdoor-Bereich für einzelne Ladestationen und Ladestationsinseln oder in Digital-Signage-Produkten zu verwenden, entschied sich das Unternehmen jedoch dazu, eine robuste Embedded-Box-PC-Familie zu entwickeln, die überall einsetzbar ist, also im Schaltschrank, zur Wandmontage und im Outdoor-Bereich (Tenuc-100 R) sowie als System auf einer Vesa-Halterung hinter einem Display.

Individuelle Lösungen auf Basis von Standards

So vielfältig die potenziellen Anwendungsbereiche sein sollten, so standardisiert sollte auf der anderen Seite die verwandte Basistechnologie sein. Das Ziel war es, eine Lösung zu entwickeln, die möglichst innovativ, zukunftsorientiert und umfassend auf bereits bestehende Standards aufbaut und dadurch ein umfangreiches Ökosystem an bereits fertig entwickelten Lösungsbausteinen bietet. Der von der SGET Standardization Group für Embedded Technologies herstellerunabhängig entwickelte Board- und Systemstandard embedded NUC, kurz Enuc genannt, spezifiziert zum einen ein 10,16 × 10,16 cm² großes Board mit einem primären I/O-Bereich auf der Vorderseite und einem optionalen auf der Rückseite. Ebenfalls spezifiziert werden die Auslegung der Kühllösung sowie die Stromversorgung für eine einfache Austauschbarkeit von Boards und Gehäusen. Mit nur 100 cm² Grundfläche ist er prädestiniert für kleine Systeme. Zum anderen wird die Spezifikation auch das Gehäusedesign standardisieren, sodass Anwender zukünftig auf ein breites Portfolio an Systemspezifikationen zurückgreifen können. Soweit basiert also alles auf Standard beim neuen Tenuc-100-System.

Box-PC oder IoT-Gateway?

Damit ein Enuc-Box-PC zum IoT-Gateway werden kann, muss er allerdings auch passende Schnittstellen bieten. Neben zwei Standard-Ethernet-Schnittstellen, über die man das System horizontal oder vertikal über separate Netze integrieren kann, sind vor allem Wireless-Schnittstellen zu unterstützen. IoT-Applikationen werden zum einen nämlich oft über LTE-oder 3G/4G-Mobilfunkschnittstellen an zentrale Cloud-Server angebunden. Zum anderen werden sie auch als Gateway für zahlreiche unterschiedliche Wireless-Sensornetzwerke eingesetzt.

Aktuell in Smart-City- und Smart-Energy-Netzen heiß begehrt sind beispielsweise die Funkstandards für die besonders energiesparende Weitbereichskommunikation über mehrere Kilometer wie beispielsweise Lora, 6LoWPAN und Sigfox oder 3GPP, LTE-MTC und UNB. Zudem kommen auch im Nahbereich Wireless-Protokolle wie WLAN, Bluetooth (BTLE), NFC und weitere IoT-Funkprotokolle wie Zigbee, Z Wave oder Thread sowie proprietäre Funkprotokolle zum Einsatz, die ein universell einsetzbares IoT-Gateway ebenfalls unterstützen sollte. Aus diesem Grund hat Technagon seinen Tenuc-Box-PC mit zwei flexiblen Mini-PCIe-Steckplätzen versehen, in die Erweiterungsbaugruppen für alle erwähnten Standards gesteckt werden können. Jeweils zwei Antennen für jedes dieser Module kann das System ausführen, um eine hohe Funkqualität für jede Wireless-Schnittstelle zu gewährleisten. Das System kann optional beim Enuc-Carrierboard eine dritte Funkschnittstelle mit jeweils zwei Antennen ausführen. Diese kann das System von den Modulen nach Smarc-2.0-Standard abgreifen, denn dieser Standard führt native Funkinterfaces optional direkt auf dem Modul aus.

Neuer Modulstandard im Scheckkartenformat

Smarc 2.0 integriert zum einen sowohl ARM- als auch x86er-Technologie, was hohe Skalierbarkeit bietet, um für unterschiedliche Geräteanforderungen und Entwicklerpräferenzen die jeweils passsende Variante anbieten zu können. Zum anderen bietet der scheckkartengroße Modulstandard bis zu vier Displayinterfaces, zweimal Gigabit Ethernet, PCIe, zwei MIPI-CSI-Kameraeingänge, zweimal USB 3.0, sechsmal USB 2.0, viermal COM, CAN, SPI und I²C sowie HDA und zweimal I²S für Audio.

Die Entwicklung des Box-PCs im Enuc-Standard auf Basis von Smarc 2.0 kommt von Technagon. Gehäuse und Carrierboard stammen also aus eigener Entwicklung. Einzig bei den Modulen hat sich das Unternehmen für einen Embedded-Lieferanten entschieden, der die passenden Module für die Auslegung der Tenuc-100-Box-PCs bereitstellt. Technagon setzt hierfür Module von Congatec ein. Die Technologie von Congatec wurde zum integralen Bestandteil der Technagon-Lösung. Die Leistungsbandbreite des Entwicklungsdienstleisters reicht von applikationsspezifischen Carrierboards und Embedded-Box-PCs über die Systemintegration aller Komponenten bis zum Design und zur Fertigung der kundenspezifischen Gehäuse, die oft auch die Komplexität und Größe beispielsweise einer Emobility-Ladestation oder von Kiosk-Systemen erreichen können.

Launch des Systems parallel zum Prozessorlaunch

Das Systemdesign, dass Technagon das erste Mal auf der Electronica als exemplarisches Original-Design-&-Manaufacturing-System für Charge-Point-Server ausstellt, integriert Congatecs erstes Smarc-2.0-Computer-on-Modul mit Intel-Atom, -Celeron- und -Pentium-Prozessoren. Diese Prozessoren wurden erst Ende Oktober parallel mit dem ersten Smarc-2.0-Modul von Congatec gelauncht. Parallel dazu hat Technagon den Tenuc-100 Box-PC entwickelt und konnte das System ebenfalls parallel zum Prozessorlaunch vorstellen.

Das Featureset des Tenuc-100-Box-PC mit Weitbereichsnetzteil bietet in der Grundkonfiguration einen Displayport, LVDS- sowie MIPI-CSI-Kamerasupport für smartes Digital Signage, visonbasierende Zutrittskontrolle, allgemeine Videoüberwachung und weitere interaktive Video-Applikationen. IoT-Wireless-Schnittstellen können über zwei Mini-PCIe-Steckplätze zur Verfügung gestellt werden. Auch andere Erweiterungsbaugruppen lassen sich stecken. Kabelgebundene Anbindungen sind über zweimal LAN mit Power over Ethernet möglich, was Verkabelungsaufwand reduzieren kann, da zum System kein Stromkabel gelegt werden muss. Zweimal USB 3.0 stehen für Peripherie und ein USB-Client-Anschluss als lokales Managementinterface zur Verfügung. Für Speichermedien gibt es einen Micro-SD-Card-Slot, einmal SATA inklusive Power sowie bis zu 64 GByte Flashspeicher auf dem Smarc-2.0-Modul. Über einen Expansion Slot können optional GPIOs, serielle RS232- und RS485-Schnittstellen sowie I²S und HDA, zweimal CAN, SPI, eSPI und Security Chips sowie weitere Sensorik für Temperatur, Beschleunigung, Rotation und mehr integriert werden. Auch kundenspezifische Varianten lassen sich über verschiedene Auslegungen des Expansion-Slot-Boards bilden. Verfügbar ist dieses Featureset in unterschiedlichen Gehäusekonfigurationen. Es gibt eine Boxversion für den Desktop, zwei für die Wand- oder Hutschienenmontage sowie eine Variante mit Vesa-Halterung für die Befestigung hinter Displays. Auch unterschiedliche Gehäusedesigns sind verfügbar bis hin zur robusten Alu-Version für Outdoor-Applikationen.

Da Lösungsanbieter wie der oben erwähnte Automobilhersteller vonTechnagon zudem auch oft die komplette Middleware bis hin zum Application Layer oder die gesamte Applikation bereitgestellt bekommen, die sie beispielsweise für Charge-Point-Server brauchen, wird der Box-PC Tenuc-100 jedoch nicht als Standardprodukt angeboten. Er wird bei Technagon vielmehr für ODMS-Kunden bereitgestellt und für die jeweilige Applikation softwareseitig und von Seiten der Erweiterungsbaugruppen applikationsfertig verifiziert. Das Angebot an den Kunden ist bei diesen Boxen also beispielsweise die Bereitstellung des IoT-Gateways für Sensornetzwerke in Smart Cities oder auch für Verkaufsautomaten aller Art, die heute alle IoT-Anbindungen brauchen, um beispielsweise neue Zahlensysteme wie NFC zu integrieren. OEMs erhalten eine individuell zugeschnittene Komplettlösung inklusive der notwendigen Middleware- und Application-Layer bis zur Device Cloud.

Standardplattformen über Modullieferant verfügbar

Benötigen OEMs die reine Standardkonfiguration dieser Plattform, wird diese als IoT-Gateway über Congatec zur Verfügung gestellt, denn Congatec hat sich im Bereich der IoT-Gateways dazu entschieden, Kunden komplette Lösungsplattformen anzubieten. Dies hat einen Grund: Der große und schnell wachsende IoT-Markt ist mit dem klassischen Angebot an Embedded-Computerboards und Modulen gut bedient, OEMs verlangen aber zunehmend nach IoT-Gateways, die applikationsfertige Plattformen sind. Um diesen wachsenden Bedarf zu befriedigen, arbeitet das Unternehmen an einem Portfolio von unterschiedlichen bedarfsgerecht konfigurierbaren Gateway-Plattformen, die sich für eine Vielzahl spezifischer Applikationsanforderungen optimieren lassen. Zusammen mit den passenden Embedded-Designs und Manufacturing Services von Technagon ergibt sich letztlich ein rundes Lösungsangebot, das spezifische OEM-Anforderungen an IoT-Gateways erfüllen kann.

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„Dank der guten und engen Zusammenarbeit in unserer Partnerschaft mit Congatec war es uns möglich, unser innovatives Enuc-System sogar parallel zum Launch der Intel-Apollo-Lake-Prozessoren und der dazu passenden Congatec-Smarc-2.0-Module vorzustellen“, erklärt Mathias Freund, Geschäftsführer von Technagon.

(ah)