BeagleConnect Zepto: Een slimme ADC voor Linux

BeagleConnect Zepto plaatst een goedkope microcontroller tussen sensoren en een Linux-systeem, en gebruikt die als wat BeagleBoard.org-oprichter Jason Kridner een "slimme ADC" noemt. In deze Elektor TV-clip uit Practical IoT Sensor Systems with BeagleBoard and TI legt Kridner uit hoe één kleine MCU analoge conversie, UART's en andere I/O kan toevoegen, terwijl tijdkritisch werk lokaal wordt afgehandeld voordat Linux er iets mee hoeft te doen.

BeagleConnect Zepto als slimme ADC

Centraal op de print staat Texas Instruments' MSPM0L1117, een Arm Cortex-M0+-MCU die werkt op maximaal 32 MHz met 128 KB flash en 16 KB SRAM. De officiële introductie van BeagleBoard.org beschrijft een minimalistisch tweelaagsontwerp dat gericht is op een ontwikkelbordje voor circa $1. Kridners argument is zowel economisch als architecturaal: een zeer goedkope MCU kan soms minder kosten dan een dedicated ADC, terwijl hij ook timers, interrupts, GPIO, seriële interfaces en voldoende verwerkingscapaciteit biedt om nuttige bewerkingen op de samples uit te voeren.

Voor een Linux-host kan die lokale verwerking nuttiger zijn dan simpelweg een extra converter toevoegen. De MCU kan reageren op interrupts met lage latentie, continu data samplen, een eerste filtering toepassen en alleen de gegevens of gebeurtenissen doorgeven die het systeem op hoger niveau nodig heeft. Linux kan zich dan bezighouden met netwerken, opslag, gebruikersinterfaces en applicatielogica, zonder dat het op elke sensortransitie hoeft te reageren.

Meer I/O zonder extra firmware

De print biedt ook friction-fit mikroBUS-compatibele doorvoeringen en Qwiic-connectiviteit, waardoor toegang mogelijk is tot een breed scala aan sensor- en actuatormodules. De softwarekant is gebouwd rond Zephyr en BeagleConnect Greybus, met als doel aangesloten randapparatuur beschikbaar te maken voor een Linux-host zonder voor elke module een aparte microcontrollerapplicatie te hoeven schrijven. De huidige Zephyr-boarddocumentatie vermeldt ondersteuning voor het MSPM0L1117-platform en randapparaten, waaronder de ADC, GPIO, UART, SPI en timers.

Een goedkoop Zephyr-ontwikkelbordje

BeagleConnect Zepto vervult in Kridners uitleg een tweede rol: het is bedoeld als een zeer betaalbaar open ontwikkelplatform voor Zephyr. In de clip geeft hij aan dat het bordje nog niet breed beschikbaar is in de detailhandel, hoewel er al honderden zijn uitgedeeld aan ontwikkelaars. De lage prijsdoelstelling maakt het geschikt voor onderwijs, experimenten en ontwerpen waarbij meerdere sensorknooppunten nodig zijn in plaats van één relatief dure controller.

De "slimme ADC"-aanpak maakt een dedicated converter niet overbodig. Precisie, ruis, bandbreedte, lineariteit, kanaalscheiding of gespecialiseerde ingangsschakelingen kunnen nog steeds een speciaal gebouwde ADC vereisen. Voor veel ingebedde sensorsystemen kan een goedkope microcontroller conversie, timing, filtering, communicatie en aansturing echter in één component combineren, wat ontwerpers een extra optie biedt voordat ze automatisch een afzonderlijke IC toevoegen.