BeagleConnect Zepto: Ein 1-Dollar-Smart-ADC für Linux

BeagleConnect Zepto schaltet einen kostengünstigen Mikrocontroller zwischen Sensoren und ein Linux-System – als das, was BeagleBoard.org-Gründer Jason Kridner einen „Smart ADC“ nennt. In diesem Elektor-TV-Clip aus Practical IoT Sensor Systems with BeagleBoard and TI erklärt Kridner, wie ein kleiner MCU Analogwandlung, UARTs und weitere I/O-Funktionen übernehmen und zeitkritische Aufgaben lokal erledigen kann, bevor Linux diese Daten überhaupt zu sehen bekommt.

BeagleConnect Zepto als Smart ADC

Im Mittelpunkt der Platine steht Texas Instruments' MSPM0L1117, ein Arm Cortex-M0+ MCU mit bis zu 32 MHz Taktfrequenz, 128 KB Flash und 16 KB SRAM. Die offizielle Vorstellung von BeagleBoard.org beschreibt ein minimalistisches Zwei-Lagen-Design, das einen Zielpreis von rund einem Dollar als Entwicklungsplatine anstrebt. Kridners Argument ist sowohl wirtschaftlicher als auch architektonischer Natur: Ein sehr günstiger MCU kann mitunter weniger kosten als ein dedizierter ADC, bietet dabei aber zusätzlich Timer, Interrupts, GPIO, serielle Schnittstellen und genug Rechenleistung, um die erfassten Messwerte sinnvoll vorzuverarbeiten.

Für einen Linux-Host kann diese lokale Verarbeitung nützlicher sein als das bloße Hinzufügen eines weiteren Wandlers. Der MCU kann auf latenzarme Interrupts reagieren, Daten kontinuierlich erfassen, eine erste Filterung durchführen und nur die Daten oder Ereignisse weitergeben, die das übergeordnete System tatsächlich benötigt. Linux kann sich dann um Netzwerk, Speicher, Benutzeroberflächen und Anwendungslogik kümmern, ohne auf jeden einzelnen Sensorübergang reagieren zu müssen.

Mehr I/O ohne mehr Firmware

Die Platine bietet außerdem mikroBUS-kompatible Durchstecklöcher sowie Qwiic-Konnektivität und ermöglicht so den Anschluss einer breiten Palette von Sensor- und Aktormodulen. Die Softwareseite basiert auf Zephyr und BeagleConnect Greybus, mit dem Ziel, angeschlossene Peripheriegeräte einem Linux-Host zugänglich zu machen, ohne für jedes Modul eine eigene Mikrocontroller-Anwendung schreiben zu müssen. Die aktuelle Zephyr-Board-Dokumentation listet Unterstützung für die MSPM0L1117-Plattform und Peripheriegeräte auf, darunter ADC, GPIO, UART, SPI und Timer.

Eine kostengünstige Zephyr-Entwicklungsplatine

In Kridners Erklärung übernimmt BeagleConnect Zepto eine zweite Rolle: Die Platine soll eine sehr preiswerte, offene Entwicklungsplattform für Zephyr sein. Im Clip weist er darauf hin, dass die Platine im Handel noch nicht ohne Weiteres erhältlich ist, obwohl bereits Hunderte an Entwickler ausgegeben wurden. Der niedrige Zielpreis eignet sich für Lehrzwecke, Experimente und Designs, die mehrere Sensorknoten statt eines vergleichsweise teuren Controllers erfordern.

Der „Smart ADC“-Ansatz macht einen dedizierten Wandler nicht überflüssig. Anforderungen an Präzision, Rauschen, Bandbreite, Linearität, Kanaltrennung oder spezialisierte Frontend-Schaltungen können weiterhin einen zweckgebundenen ADC erfordern. Für viele eingebettete Sensorsysteme kann ein kostengünstiger Mikrocontroller jedoch Wandlung, Timing, Filterung, Kommunikation und Steuerung in einem einzigen Bauteil vereinen – und Entwicklern damit eine weitere Option bieten, bevor automatisch ein separater IC hinzugefügt wird.