Începeți rapid cu dezvoltarea „Windows on Arm”

O mare parte din infrastructura existentă se bazează pe Windows, în aplicații precum automatizarea industrială și asistența medicală. Pentru dezvoltatorii care creează dispozitive periferice cu consum redus de energie și costuri reduse pentru aceste sectoare, Windows on Arm® este o alegere evidentă, deoarece aduce platforma Windows pe eficienta arhitectură Arm.

Cu toate acestea, o provocare majoră în crearea de sisteme Windows on Arm a fost lipsa unor kituri de dezvoltare adecvate. Deși sistemul de operare (OS) este de mult timp disponibil pe diferite sisteme de calcul încorporate și pentru Internetul lucrurilor (IoT) la nivel de placă, hardware-ul acestor soluții oferite trebuie mult prelucrat înainte de a putea începe codificarea.

Dezvoltatorii au nevoie de o soluție de tip box PC care să vină preîncărcată cu Windows on Arm și să integreze toate componentele necesare pentru a începe dezvoltarea aplicațiilor. Acest lucru ar reduce timpul de instalare și complexitatea, permițând dezvoltatorilor să se concentreze pe dezvoltarea și testarea aplicațiilor fără a se preocupa de instalarea și configurarea inițială a software-ului.

Articolul de față explică care sunt criteriile de selecție a sistemului de operare ce conduc la utilizarea Windows pentru Arm și analizează diferitele versiuni de Windows disponibile. Apoi, prezintă kitul de dezvoltare Windows on Arm EPC-R3720IQ-AWA12 de la Advantech și descrie modul în care acesta oferă un mediu perfect pentru accelerarea dezvoltării. Include sfaturi pentru primii pași și indică instrumentele Microsoft care pot fi utilizate împreună cu kitul.

De ce să folosiți Windows în loc de Linux sau un RTOS?

Atunci când aleg un sistem de operare, dezvoltatorii au la dispoziție mai multe opțiuni, inclusiv Linux și diverse sisteme de operare în timp real (RTOS). Un motiv comun pentru a alege Windows în locul acestor alternative este gama extinsă de software și biblioteci disponibile. Acesta este un aspect esențial pentru mediile cu infrastructură Windows veche.

De asemenea, Windows oferă un ecosistem de dezvoltare matur, cu instrumente complete și interfețe de programare a aplicațiilor (API) precum Visual Studio și cadrul .NET. Programatorii pot alege dintr-o gamă largă de limbaje de programare, cum ar fi C++, Python și Node.js, și pot accesa diverse servicii Microsoft Azure pentru a crea rapid funcționalități sofisticate.

Linux împărtășește unele dintre aceste avantaje, dar configurarea și întreținerea unei configurații Linux poate necesita un efort considerabil. În plus, distribuțiile Linux pot varia foarte mult, ceea ce duce la provocări în procesul de dezvoltare.

Spre deosebire de Windows și Linux, RTOS-urile pun accentul pe eficiență. De obicei, acestea nu dispun de caracteristici avansate, cum ar fi interfețele grafice de utilizare (GUI) bogate și ecosistemul larg pe care îl oferă sistemele de operare cu funcționalități complete.

În cele din urmă, dacă dezvoltatorii caută un sistem de operare robust, bogat în caracteristici și sigur, cu un ecosistem de dezvoltare matur, Windows reprezintă o opțiune convingătoare. Cu toate acestea, Windows este disponibil în mai multe forme și este esențial să înțelegeți diferențele.

Înțelegerea opțiunilor Windows

Microsoft oferă mai multe variante de Windows. Tabelul 1 prezintă câteva dintre principalele distincții între diferitele ediții. Pentru EPC-R3720IQ-AWA12, Advantech a selectat Windows IoT Enterprise. Unul dintre avantajele Windows IoT Enterprise este compatibilitatea sa cu Platforma Windows universală (UWP), care acceptă operațiunile tactile, și cu aplicațiile Win32 tradiționale. Această flexibilitate permite dezvoltatorilor să aleagă modelul de aplicație potrivit pentru cerințele lor.

Tabelul 1: Diferitele ediții de Windows acceptă cazuri de utilizare unice. (Sursa tabelului: Kenton Williston, pe baza informațiilor de la Microsoft)

De asemenea, Windows IoT Enterprise oferă caracteristici avansate de securitate care îmbunătățesc fiabilitatea:

• Capacitățile de blocare a dispozitivului permit administratorilor să restricționeze dispozitivul pentru a rula numai aplicații autorizate.
• Inițializarea securizată garantează că dispozitivul pornește numai cu software de încredere.
• Criptarea BitLocker ajută la protejarea datelor sensibile.

În plus, sistemul de operare oferă instrumente de gestionare la nivel de întreprindere care permit suportul centralizat al dispozitivelor implementate. Aceste instrumente simplifică întreținerea și securitatea implementărilor IoT la scară largă.

Multe dintre aceste caracteristici nu sunt acceptate în versiunea mai compactă Windows IoT Core. Această ediție este destinată dispozitivelor ușoare, cu un singur scop și cu resurse limitate. Elimină caracteristici precum o interfață grafică și suport pentru aplicațiile Win32 tradiționale, fiind mai potrivit ca sistem de operare complementar pentru dispozitive complexe.

Pe de altă parte, Windows Pro standard oferă un set bogat de caracteristici, dar nu poate fi personalizat pentru implementări IoT. De asemenea, nu este disponibil cu suport LTSC pentru dispozitivele cu durată lungă de viață.

De ce să folosiți Windows on Arm?

Sistemul de operare Windows a fost legat mult timp de arhitectura x86. În prezent, sistemul de operare rulează și pe procesoare Arm, iar această opțiune deschide noi posibilități de proiectare.

Principalul avantaj al Windows on Arm este eficiența. Procesoarele Arm sunt cunoscute pentru consumul redus de energie, ceea ce le face potrivite pentru dispozitivele alimentate cu baterii și pentru aplicațiile în care managementul termic este o problemă. De asemenea, sistemele bazate pe Arm au tendința de a pune accentul pe rentabilitate, ceea ce le face o opțiune atractivă pentru implementările IoT la scară largă.

Cum să începeți rapid să utilizați un kit de dezvoltare Windows on Arm

După cum s-a menționat mai sus, unul dintre dezavantajele Windows on Arm a fost lipsa de hardware gata de utilizare. EPC-R3720IQ-AWA12 rezolvă această problemă prin furnizarea unui box PC preinstalat cu Windows 10 IoT.

După cum se arată în Figura 1, kitul de dezvoltare este adăpostit într-o carcasă robustă de 174 x 108 x 25 milimetri (mm). Această carcasă este prevăzută cu suporturi de montare și poate fi instalată pe teren, dacă se dorește acest lucru.

Figura 1: EPC-R3720IQ-AWA12 este un box PC compact alimentat de un procesor Arm care rulează Windows 10 IoT. (Sursa imaginii: Advantech)

La baza kitului de dezvoltare se află sistemul pe cip (SoC) MIMX8ML8DVNLZAB de la NXP Semiconductors, care se bazează pe un procesor Arm Cortex-A53 quad-core capabil să funcționeze la 1,8 gigahertzi (GHz) (pe EPC-R3720IQ-AWA12 funcționează la 1,6 GHz). SoC-ul dispune de o unitate de procesare neuronală (NPU) de 2,3 tera operații pe secundă (TOPS), ceea ce îl face foarte potrivit pentru sarcini de lucru cu inteligență artificială (AI) și învățare automată (ML) la periferie.

Kitul de dezvoltare are 6 gigaocteți (Gbytes) de memorie, spațiu de stocare de 16 Gbytes și opțiuni de extindere prin sloturi pentru Mini-PCIe, M.2, Micro SD și Nano SIM. În ceea ce privește conectivitatea, kitul de dezvoltare oferă două porturi Gigabit Ethernet (GbE), un port USB 2.0, un port USB 3.2 Gen 1, un port HDMI și un port serial care acceptă CAN FD.

Configurarea kitului de dezvoltare

Configurarea kitului de dezvoltare EPC-R3720IQ-AWA12 este simplă. Următoarele puncte prezintă pașii cheie, începând cu configurarea de bază:

1. Un monitor, o tastatură și o rețea trebuie conectate prin intermediul porturilor HDMI, USB și, respectiv, Ethernet.
2. Kitul de dezvoltare va porni automat procesul de configurare Windows 10 IoT la prima inițializare. După finalizarea acestei operațiuni, utilizatorului i se va afișa mediul de lucru Windows.
3. Utilizatorul trebuie să descarce și să instaleze Visual Studio de pe site-ul Microsoft pentru a configura mediul de dezvoltare. În timpul instalării, utilizatorul trebuie să selecteze componentele necesare pentru dezvoltarea aplicațiilor Windows IoT și orice alte sarcini de lucru necesare, cum ar fi .NET sau UWP.
4. Trebuie instalate toate kiturile de dezvoltare software (SDK) și sistemele runtime necesare. De exemplu, dacă este nevoie de .NET 6 sau .NET 7, sistemele runtime corespunzătoare trebuie descărcate de pe portalul dezvoltatorilor Microsoft sau prin programul de instalare Visual Studio.
5. După instalarea instrumentelor necesare, Visual Studio trebuie configurat pentru dezvoltarea Windows IoT pentru a se asigura că sunt instalate versiunile corecte ale Windows SDK și ale instrumentelor.

În funcție de nevoile aplicației, pot fi necesare configurații suplimentare:

1. În cazul în care este nevoie de o rețea wireless, trebuie atașată o antenă la conectorul încorporat al kitului de dezvoltare. Pentru conectivitatea celulară, trebuie să se furnizeze și să se instaleze o cartelă SIM.
2. Orice periferice conectate prin intermediul slotului M.2 sau al altor porturi I/O trebuie testate, asigurându-se instalarea driverelor și a software-ului necesare pentru aceste periferice.
3. Hub-ul Azure IoT corespunzător sau alte servicii cloud trebuie configurate dacă aplicația necesită conectivitate la cloud. Aceasta implică configurarea unui cont Azure, crearea de resurse cu Azure și configurarea kitului de dezvoltare pentru comunicarea cu aceste resurse.

Utilizatorul poate trece acum la dezvoltarea și implementarea aplicațiilor. Dezvoltarea poate fi începută prin crearea unui nou proiect sau prin deschiderea unuia existent în Visual Studio. Aplicațiile pot fi dezvoltate, rulate și testate direct pe dispozitiv.

Dacă utilizatorii intenționează în schimb să depaneze aplicațiile de la distanță de pe un PC de dezvoltare, trebuie să configureze depanarea la distanță. Aceasta necesită configurarea instrumentelor de depanare la distanță atât pe kitul de dezvoltare, cât și pe PC.

Concluzie

Windows on Arm oferă multe avantaje atractive pentru dispozitivele IoT complexe. Kitul de dezvoltare EPC-R3720IQ-AWA12 oferă dezvoltatorilor o cale rapidă de a crea aplicații pentru acest sistem de operare, iar în unele cazuri, hardware-ul poate fi utilizat direct pentru implementare. După cum s-a arătat, începerea utilizării kitului de dezvoltare este un proces simplu, ce permite dezvoltatorilor să înceapă dezvoltarea aplicațiilor cu o configurare minimă.

Referințe:

1. „Noțiuni de bază pentru Windows 10 IoT Enterprise utilizând Advantech EPC-R3720, un PC încorporat bazat pe Arm cu NXP i.MX 8M Plus”