Elektroniktidningen oktober 2021

NR 10 OKTOBER 2021

ELEKTRONIK TIDNINGEN

SVERIGES ENDA ELEKTRONIKMAGASIN FÖR PROFFS

Forskare vid Luleå tekniska ­universitet simulerar uppdrag där robot­hunden Spot ­samarbetar med en autonom drönare för att rädda liv i ett bergrum. Inom fem år tros autonoma robotar leta liv på Mars. /10–11

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

DE SKA RÄDDA LIV OCH HITTA LIV ELENA DUBROVA:

PROJEKTHÄLSA:

AI kan avvärja AI-attack

Hur mår dina öppenkodare?

/14

/15

PRENUMERERA KOSTNADSFRIT T! ETN.SE/PREN

INNEHÅLL: ETN 10/21

Utges av Elektroniktidningen Sverige AB adress: Folkungagatan 122, 4 tr, 116 30 Stockholm. telefon: 0734-17 10 99 | www.etn.se bankgiro: 5456-3127 redaktion: Anna Wennberg (ansv. utg.), Per Henricsson, Jan Tångring. grafisk formgivning och layout: Joakim Flink, TYPA jocke.flink@typa.se annonser: Anne-Charlotte Sparrvik, 0734-17 10 99 | e-post: ac@etn.se prenumeration: webb: etn.se/pren e-post: pren@etn.se

8 4

6

Anna Wennberg Bevakar analogt, opto och kommuni­kation, kraft, sen­so­rer, distri­bution, medicinsk elektronik och minnen. anna@etn.se | 0734-17 13 11

12

16

4 6 8 12

20

Per Henricsson Bevakar test & mät, rf och kom­munikation, produktion, FPGA, EDA och passiva komponenter. per@etn.se | 0734-17 13 03

Jan Tångring Bevakar in­byggda system, mjukvara, processorer, kort och skärmar. jan@etn.se | 0734-17 13 09

Anne-Charlotte Sparrvik Ansvarar för sälj- och ­marknadsföring. ac@etn.se | 0734-17 10 99 © Elektroniktidningen 2021 upplaga: 13 000 ex. Allt material lagras elektroniskt. issn 1102-7495 Organ för SER, Svenska Elektrooch Dataingen­jörers Riksförening, www.ser.se Tidningen trycks på miljövänligt papper av Stibo Complete. omslagsbilden: Robothunden Spot med drönare i Luleå. foto: Luleå tekniska universitet

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Fördelar laddning optimalt till många Uppstartsföretaget Chargenode har utvecklat ett system som dynamiskt laddar flera hybrid- och elbilar med växelström. Det optimerar laddningen för samtliga inkopplade i realtid.

Återuppstår som Dectron 2.0 Precis som under Kemet-tiden är det ­elektronikutveckling, produktion och EMCtestning som gäller för verksamheten i Färjestaden som sedan i somras står på egna ben. Lignin kan ersätta grafit i anoderna Snabbare laddning, förnybart och lägre klimat­ avtryck. Det är tre argument för ­Lignode, skogskoncernen Stora Ensos lignin­baserade alter­ nativ till grafit i anoder till litiumjonbatterier. Vill synkronisera bilarnas radarsensorer Om inget görs kommer radarsensorer inte att kunna användas i ADAS-tillämpningar eftersom de stör ut varandra. Radchats lösning adderar en ­kommunikationskanal som delar ut tidsluckor.

16

Ericssons språk har höjt sitt IQ Nu stöds AI i programspråket Erlang. Konsulten Erlang Solutions vill använda det i kantdatorsystem.

EXPERT: Antenneffektivitet viktigaste parametern för en liten antenn Kräv data på effektivitet när du ska välja antenn till ditt IoT-system. Att enbart få reflektions- och gaindata är inte tillräckligt inför ett konstruktionsbeslut, skriver Robert Rehammar och Klas Arvidsson på Bluetest.

23 26 28

EXPERT: MCU och FPGA är varandras lyft Rolf Horn på Digi-Key visar hur han steg för steg utvecklar en coprocessorlösning, ett system bestående av en MCU och en FPGA.

EXPERT: Sätt övervakningskamera på koden Percepios vd Johan Kraft berättar hur hans kodspårning kan göra lösningar i operativ­ systemet Zephyr robustare och säkrare. EXPERT: Fjärrstyr och övervaka prestandakort Jessica Isquith på PICMG, Aaron Pop på Congatec och David Wise på AMI berättar om hur COM-HPC adopterat IPMI.

3

STARTBLOCKET

Fördelar laddning optimalt till många Göteborgsföretaget Chargenode har utvecklat ett system som dynamiskt kan fördela ut effekt till ett antal laddbara hybrid- och elbilar samtidigt. Idén är att erbjuda optimal laddning för bilar som vanligen står parkerade under en lite längre tid, exempelvis vid ett kontor, utanför en bostadsrätt eller på en långtidsparkering.

D

et Chargenode löser idag fick Kristian Sandahl idén till för sex år sedan i samband med att han fick en laddbar hybridbil. – Då insåg jag att bilen bara behövde laddas sisådär tre timmar varje dag, men jag ockuperade samma p-plats under betydligt längre tid. Både på jobbet och hemma. Då tänkte jag att en och samma laddbox egentligen borde kunna ladda minst tre bilar under samma tid. Insikten utvecklades till handling. År 2018 grundade Kristian Sandahl företaget Chargenode tillsammans med ytterligare tre personer för att utveckla en lösning där flera parkeringsplatser är kopplade till en central laddenhet. Sedan dess har företaget vuxit till 33 anställda. Det utvecklar egen hård- och mjukvara och har en färdig produkt som sålts till flera kunder, exempelvis inom hotell, kontor, golfklubbar och bostadsrättsföreningar. – Här vill jag poängtera att vi inte försöker vara ett publikt laddnätverk, utan vi vill tillgodose behovet hos just företag och organisationer som erbjuder p-platser där bilar parkerar en FAKTA

Utveckling och tillverkning Chargenode utvecklar sitt laddsystem i Härryda utanför Göteborg. Till den centrala kraftenheten använder företaget standardelar, medan det utvecklar egen elektronik och egna algoritmer för att styra kraftsystemet. Kraftsystemen tillverkas hos tre underleverantörer för att klara efterfrågan – två i Alingsås och en i Älvängen norr om Göteborg. Kretskorten tillverkas hos Frontside, som ligger i närheten av Chargenode.

4

lite längre tid, säger Kristian Sandahl. Den teknik som Chargenode utvecklat går att använda både till snabbladdning (DC) och normalladdning (AC), men än så länge är det AC-laddning som är företagets fokus även om företaget också erbjuder DC-lösningar. – Anledningen är att vi vill rikta oss mot alla med en laddbar bil. En AC-laddare kan alltid ladda både en hybridbil och en elbil, medan en DC-laddare enbart kan ladda en ren elbil. I Sverige går det tre laddhybrider på varje elbil idag, förklarar Kristian Sandahl. H U V U D P R O D U K T E N som Charge­ node utvecklat består av ett laddskåp med upp till 18 uttag. Laddtekniken erbjuder 16-63A avsäkring, eller lastbalansering mot fastighet, och kan som mest generera 22 kW per ladduttag. Valet av just 18 uttag är baserat på den förväntade parkeringstiden – en snittparkeringstid – vid ett normalt kontor. Samtidigt går systemet att skala. En bostadsrättsförening har ofta något längre snittparkeringstid. Då kan systemet konstrueras att hantera fler än 18 laddplatser per centralenhet. – Eller ta en långtidsparkering. Då har du kanske i snitt flera dygn att ladda alla bilar. Då kan ett skåp förse upp till 200 bilar med laddning. En hake när man laddar med växelström är att standarden inte stöder att bilen kommunicera sin laddstatus till laddaren, till skillnad mot system som jobbar med likströmsladdning. Chargenode har därför utvecklat en app. Via den kommunicerar personen som vill ladda sin bil med elcentralen. När bilen är parkerad och inkopplad till laddsystemet anger du i appen hur mycket du

vill få laddat. Antingen anger du önskat antal kW eller hur många procent du har när du parkerat och hur många du vill ha när du hämtar bilen. Du måste även uppge när du planerar att åka. – Ber du om något orimligt får du feedback, till exempel att vi enbart kommer att kunna leverera x antal kW eftersom laddtiden är för kort för att nå önskad laddning. C H A R G E N O D E H A R A N S Ö K T om ett så kallat metodpatent för sitt sätt att dynamiskt fördela effekt i ett AC-system Det innebär ett patent som kombinerar laddboxar, en centraliserad enhet med ett stjärnnät samt metoden att fråga kunden vad hen har för bil, hur mycket hen vill ladda och när planen är att lämna. Här ingår både mjuk- och hårdvara. – Vi har fått ett publicerat ansökningsdokument, ett patentnummer, och det går inte att få om du inte har en teknikhöjd och om det är känt att någon annan redan gör likadant. – I nuläget är vår och patentverkets uppfattning att vi är ensamma om att göra det vi gör i Europa. Därför finns det en rimlig chans, men ingen garanti, för att vi får ett patent. På frågan om vad som står härnäst på agendan vad gäller vidareutveckling avslöjar Kristian Sandahl att företaget även arbetar med att ta fram ytterligare en typ av laddlösning. Den ska bli baserad på ett bussnät istället för stjärnnät. – Om du sätter ladduttagen i belysningsstolpar vill du bygga stjärnnät, men om du sätter dem i en aluminiumbalk, som exempelvis passar ett parkeringshus, då vill du egentligen ha ett bussnät, förklarar Kristian Sandahl.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

STARTBLOCKET

Fördel Chargenode Chargenode utvecklar distribuerad och dynamisk AC-laddning av hybrid och elbilar, vilket företaget tror sig vara ensamt om idag.

Systemet optimerar i realtid hur det mest rättvist ska fördela laddning till de bilar som i ett visst ögonblick är inkopplade med hänsyn tagen till de uppgifter som de olika beställarna lämnat i sin mobilapp. Här förklarar Kristian Sandahl, vd på Chargenode, hur det egna systemet står sig i jämförelse med klassiska laddsystem med separata laddboxar. – Har du 18 aktiva laddboxar från en annan leverantör så har du oftast inte önskad effekt tillgänglig. I ett sådant system stryper du istället laddeffekten till en nivå som den tillgängliga effekten tillåter. Då får alla lika lite under samma tid, säger han och konstaterar: – Sätter du upp 18 normala boxar och räknar på ­effekt så behöver du rent generellt en säkring på upp till 150 A för att lösa samma ekvation som vi gör på som mest en 63 A-säkring. En annan fördel som Chargenode flaggar för med det egna systemet är livslängden. – Vi bygger ett stjärnnät. Därmed löser vi problemet med mer kabel­ infrastruktur vilket ger ett inköpspris på samma nivå som alternativa system, men en livslängd som är 3–5 gånger bättre. Detta eftersom Kristian Sandahl kraftdelen och kabeln inte går sönder, medan elektroniken som sitter i varje laddbox däremot har en förväntad livslängd som är avsevärt mycket kortare. Ytterligare en fördel är kostnaden för att uppdatera systemet. – När vi ska uppdatera elektroniken gör vi det i en centralenhet. Det blir betydligt billigare än att uppdatera motsvarande elektronik i 18 separata laddboxar.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

5

STARTBLOCKET

Återuppstår som Dectron 2.0 Precis som under Kemet-tiden är det elektronikutveckling, produktion och EMC-testning som gäller för Dectron 2.0. Verksamheten i Färjestaden på Öland står sedan augusti på egna ben och siktet är inställt på att växa.

– Det är en process som pågått i ungefär fyra år där olika intressenter varit inblandade, säger Claes Nender som är affärsutvecklare och teknikchef på Dectron 2.0. Företaget har en lång historia med olika ägare (mer om det i faktarutan) men de senaste tio åren har det varit Kemet. Som i sin tur blev uppköpt av Yageo för ett år sedan. Nu tar det nederländska investmentbolaget Businesscreation över. – De har varit väldigt ihärdiga, de har hållit på i ett och ett halvt år, säger Mikael Larsson som varit platschef och som nu blir vd.

Företaget har ett fullt utrustat EMC-labb med halvdämpat mätrum och en väder­ skyddad utomhushall. – Vi kan mäta och utfärda certifikat för de vanligaste EMC-standarderna, säger Claes Nender. Det innebär bland annat hushålls- och IT-produkter. – En del kommer också hit för att göra ­pre-compliance. De vill snabbt få en uppfattning om det finns EMC-problem som måste åtgärdas innan de lägger pengar på en mer certifierande testning som är mer omfattande. – Vi har en komplett service, misslyckas testningen kan vi lösa det. Behövs det ett EMC-filter kan vi ta fram det så att det passar i produkten. Och även tillverka.

M E N U T V E C K L I N G S AV D E L N I N G E N fungerar också som ”vanliga” inbyggnadskonsulter som tar fram elektronik AT T D E T TAG I T S Å L Å N G T I D beror med både hård- och mjukvara. framförallt på pandemin som satt Claes Nender Företaget har idag 17 anställda. försäljningsarbetet på sparlåga. ­Ungefär en tredjedel arbetar i produkBusinesscreation är ett udda företag tionen där det finns en ytmonteringssom arbetar med att köpa loss verklina, en våglödningsmaskin, optisk samheter som inte passar in hos större inspektion plus möjlighet till handföretag för att sedan låta dem leva montering av udda komponenter. vidare på egna meriter. Tre personer arbetar med hård– Det finns mycket planer för vad vi ska gör nu för att växa. Mikael Larsson och mjukvaruutveckling inklusive design av EMC-filter plus att två Till att börja med handlar det om personer arbetar med EMC-testningen. att jobba med de befintliga kunderna för att – Där är vi i en återhämtningsfas, det var ta reda på om det finns mer som Dectron 2.0 avsevärt lägre bokningar från våren 2020 kan göra för dem. Men det gäller också att fram till i somras. Nu är det åt det vanliga hitta nya kunder. hållet där vi är fullbokade en till två månader – Där kanske vi kan få lite draghjälp av framåt, säger Mikael Larsson. Businesscreation. Det innebär dock inte att kunder med akuta problem behöver få panik. PÅ E M C - S I D A N är Dectron 2.0 en av en hand– Vi kan vara rätt flexibla och stuva om lite full företag i Sverige som kan göra ackredinär det finns kunder som har mer bråttom. terade mätningar. Det handlar om testning enligt standarder för bland annat hushållsPER HENRICSSON per@etn.se och it-produkter.

HISTORIK Verksamheten startades 1989 under namnet Neonteknik för att kommersialisera en uppfinning kring högspänningstransformatorer för neonskyltar. Efter hand breddades verksamheten med externa uppdrag samtidigt som efterfrågan på neonskyltar minskade. 1999 ändrades därför namnet till Dectron och två år senare köptes bolaget av Evox Rifa. Kondensatortillverkaren fick förutom utveckling och produktion även ett labb för EMCmätningar vilket passade bra när man skulle hjälpa kunderna att designa in avstörningskondensatorer. 2005 stängde Evox Rifa fabriken i Kalmar och delar av utvecklingsverksamheten, kundsupport, produktionssupport, IT och en del annat flyttade till Färjestaden. I samband med det byggdes lokalen ut med 1500 kvadratmeter. 2007 förvärvades Evox Rifa av amerikanska

6

Kemet och så småningom inlemmades även Arcotronics i koncernen. Det italienska företaget hade överlappande verksamhet och utvecklingen av EMC-filter överfördes till Färjestaden. 2015 slogs verksamheten i Färjestaden ihop med Kemets kondensatorfabrik i Gränna varvid namnet Dectron försvann. 2020 köptes Kemet av Yageo och nu har alltså Businesscreation förvärvat verksamheten som tagit det nygamla namnet Dectron 2.0. Businesscreation har en liknande affärsidé som bland annat Lagercrantz, Addtech och Lifco, de köper bolag och låter dem leva vidare på egna meriter. Företagen kan få visst stöd från Nederländerna med saker som affärsutveckling, IT och HR. Plus att de låter de anställda bli delägare i bolagen. Exakt hur stor del det handlar om för Dectron 2.0 är inte klart än.

SER-KRÖNIKA

Digitaliseringen måste bli plan A D E N 2 8 S E P T E M B E R presenterades rapporten från Omstartskommissionen: ”Idéer för ett starkare Sverige ”, under ett seminarium på Stockholms Handelskammare. I förordet konstateras att Sverige är ett föregångsland i världen med företag som är ledande inom hållbarhet och innovation. Vår position är dock inte given och det är ett problem att reformtempot i Sverige de senaste decennierna varit alldeles för lågt. Sverige har alla förutsättningar att flytta fram positionerna – förutsatt att vi vill. Ska vi undvika att bli omsprungna i den internationella konkurrensen måste Sverige rustas med rätt förutsättningar att starta om efter coronakrisen. Förord och ledare för ”Omstart för ett starkare Sverige” var skrivet av Klas Eklund. Boken innehåller tio kapitel skrivna av en rad experter från ”Finanspolitik för ett starkare Sverige” av Lars Calmfors till ”Ett starkare Sverige världen” av Cecilia Malmström. M E S T I N T R E S S A N T ur ett teknikperspektiv var kapitlet med titeln ”Digitalisering för ett starkare Sverige”, skrivet av Amy Loutfi som är professor i informationsteknologi och vicerektor för artificiell intelligens vid Örebro Universitet. Frågeställning är: Hur ska Sverige kunna bli ledande inom den nya tekniken – både vad gäller svenska företags konkurrenskraft och social inkludering? Sammanfattningsvis skriver hon att pandemin ledde till en snabb övergång till plan B med digitalisering. Nu krävs det att digitaliseringen blir plan A. Den digitala teknikens roll för vår ekonomi och vårt välstånd har vuxit snabbt – Sverige behöver nu dra lärdom av våra erfarenheter, och skynda på att hitta rätt fokus i sina digitaliseringsstrategier. I förslagslistan finns sju huvudpunkter. En handlar om förutsättningar för implementering av AI och autonoma system, genom att ta fram ett regelverk för automatiserat beslutsfattande för alla olika aktörer och att vägleda dem i utvecklingen av autonoma lösningar. En annan punkt är att öka innovationstakten för snabb omstart och återhämtning, genom att bland annat stötta testmiljöer för 5G på områden där det finns stark samverkan mellan akademi, industri, stat och offentlig sektor. J AG ÅT E R KO M M E R till Omstartskommissionens rapport om digital infrastruktur och 5G i tidskriften Elteknik för SER. Mer info finns på vår hemsida ser.se där också fler seminarier om tekniktrender introduceras i samarbetet med organisationen EUREL.

STAFFAN SKOGBY ordförande i SER

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Serverat på ett silverfat Elektronikkapslingar - nu även med skärm och tryckknappar Kapslingar från Phoenix Contact finns nu med integrerad touchpanel, skärm eller tryckknappar. Du konfigurerar din skräddarsydda kapslingslösning online och vi tar hand om allt annat; från märkning till mekanisk bearbetning, fram till förmonteringen. För mer information, besök www.phoenixcontact.com/enclosures-with-displays

STARTBLOCKET

Lignin kan ersätta grafit i anoderna Snabbare laddning, förnybart och dessutom lägre klimatavtryck. Det är tre argument för Lignode, skogskoncernen Stora Ensos ligninbaserade alternativ till grafit i anoder till litiumjonbatterier.

– Vi har etablerat teknik för att utvinna lignin och sedan ta det till förädlingsproduktion. När vi gör utvinningen ökar vi inte antalet träd som vi använder, men vi skapar mervärde av trädet, skriver Stephan Walter som är affärsutvecklare för biomaterial på Stora Enso i en skriftlig intervju med Elektroniktidningen. Lignode är en ligninbaserad grafitprodukt utvecklad vid företagets innovationscenter för biomaterial i Stockholm. Det har en amorf och mycket öppen struktur i det hårda kolet vilket

för produktutveckling, gör att en anod tillverkad att utveckla p ­ rodukten av materialet kan laddas tillsammans med kunoch laddas ur snabbare än derna och att göra oss grafit. handlingskraftiga för att – Dessutom har det en skapa marknadsmöjlighögre cykelstabilitet och heter, skriver Stephan bättre prestanda vid lägre Stephan Walter Walter. temperaturer. Företaget avslöjar inte vilka Ser man till miljöaspekten andra polymerer eller andra ämkommer ligninet från befintliga, nen som blandas ned i ligninet förnybara och spårbara källor för att skapa grafitersättaren. som finns tillgängliga i ­Europa. – Anodens sammansättningar Grafit är ett fossilt kol som beror till stor del på varje kunds antingen bryts eller tillverkas av val av sammansättning och de andra fossilbaserade material. egenskaper som deras system I juli körde Stora Enso igång kräver. Vårt hårda kol kan ersätta pilotproduktionen av Lignode det aktiva anodmaterialet grafit vid företagets massafabrik i finhelt eller delvis. ska Sunila, nära Kotka. Produktionskapaciteten är 50 000 ton per år men endast en liten del av M AT E R I A L E T T E S TA S N U av kunder det används som anodmaterial. i forsknings- och pilotprojekt. – Vår pilotanläggning ger oss Det kan användas i alla typer möjlighet att bygga fler ­batterier av litiumjonbatterier som idag

använder grafit. Det handlar om batterier för allt från konsument­ produkter till elbilar och stor­ skalig energilagring. – Med Lignode vill vi erbjuda en lösning som inte kräver stora förändringar i batteriproduktionstekniken eller ens i sammansättningen. I planerna finns en större anläggning som kan räcka till mellan 100 000 och 300 000 elbilar per år beroende på hur stora batterier de har. Inget är dock sagt om hur långt fram i tiden den ligger. – För att betjäna den snabbt växande marknaden för anodmaterial undersöker vi nu strategiska partnerskap för att påskynda uppskalning och kommersialisering i Europa. PER HENRICSSON per@etn.se

FAKTA

Trädets klister Lignin är den ”klistriga” delen av cellväggen i träet som bland annat ger virket den mekaniska styrkan. Vid massa- och papperstillverkningen är det cellulosan man vill åt. Ligninet sänker kvaliteten på slutprodukten och tas normalt bort. Tänk tidningspapper, det inne­ håller mycket lignin och gulnar när det åldras. Beroende på träslag kan så mycket som 30 procent utgöras av lignin, så tillgången är god. Idag eldas större delen upp för att ge värme och elektricitet.

8

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Han vill rädda liv och hitta liv

Robotikgruppen vid Luleå tekniska universitet är i världsklass inom robotik och drönarteknik. I våras fick gruppen en egen robothund, Spot. Med den ska de töja gränsen ytterligare i ambitionen att utveckla nästa generations autonoma robotar för räddningsaktioner eller för att utforska planeter. Här berättar George Nikolakopoulos, som leder forskningen, om ambitionen.

FOTO: PETRA ÄLVSTRAND

10

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

G

Vad adderar ditt team till Spot? – Vi lägger till ytterligare en autonom nivå som realiseras i AI -algoritmer. De gör att Spot kan utföra uppdrag som att söka, utforska och rädda i områden som är mycket svåra att nå och mycket farliga för människor, säger George Nikolakopoulos. – Vi använder också Spot för att utveckla intelligenta algoritmer för att möjliggöra autonomi till nästa generation av robotar som kommer att utforska andra planeter, till exempel söka liv på Mars. Vad är målet i forskningen? – Det finns ett mycket stort område inom vilket denna typ av gående robotar kan användas, främst för inspektionsuppdrag. Drönare är väldigt trevliga när det krävs snabb insats och att nå områden som markrobotar inte kan nå, men de har en begränsad flygkapacitet. – För uppdrag nära marken där terrängen är ojämn och lite besvärlig, och vi vill ha lång drifttid, då är en fyrbent robot som Spot en perfekt lösning. I ett bergrum bara fem minuter bort från universitetsområdet i Luleå arbetar forskarna med att

vidareutveckla den självgående tekniken. Här finns flera hundra meter långa tunnlar, och där ­simulerar forskarna bland annat olika räddningsuppdrag. Robothunden kan bära en minidrönare på ryggen för att i ett visst bestämt läge stanna och låta drönaren flyga vidare in i mörkret för att själv utforska omgivningen närmare. Vad är de främsta ­utmaningarna framåt? – Den största utmaningen är att med matematik representera all nödvändig självständighet och att matematiskt beskriva hur miljön ska uppfattas. Matematiken finns alltid i bakgrunden, men är inte synlig i en robottillämpning. – Ur ett tillämpningsperspektiv är utmaningarna att förstå miljön, navigera utan kollisioner, samarbeta med människor och så vidare. Hur långt har ni kommit? – Vi har utvecklat en mycket bra programvara som ger Spot helt autonom funktionalitet och som har mycket bra robusthet mot okända miljöer. Fast när det kommer till att använda tekniken på andra planeter skulle jag säga att det fortfarande är 3 till 5 år kvar. För att robotar i framtiden ska kunna användas fullt ut i uppdrag på andra planeter är det helt nödvändigt att de kan kopplas bort från all form av fjärrstyrning. De måste vara helt autonoma för att kunna undersöka grottor och skrevor – alltså den typ av miljöer där det bedöms vara mest sannolikt att hitta eventuella spår av liv.

FAKTA

I celebert sällskap För två år sedan blev forskargruppen på LTU kontaktad av Nasa/JPL för att starta ett långsiktigt samarbete. Den svenska robotikgruppen fick även plats i Nasas lag i Darpa Subterranean Challenge, som är en av världens mest prestigefyllda robotik- och AI-tävlingar. Darpa-tävlingar arrangeras med cirka sju till åtta års mellanrum. För sju år sedan låg fokus på självstyrande bilar. Senast låg det på att utveckla autonom teknik för underjordiska miljöer, såsom tunnel- och grottsystem. I september gick den tredje, och sista, deltävlingen i en kalkstensgruva i Kentucky i USA. För Costar blev den sista deltävlingen ingen succé, efter att det tidigare vunnit en deltävling och kommit tvåa i en. I laget ingick, förutom Nasa och LTU, även forskare från California Institute of Technology (Caltech), Massachusetts Institute of Technology (MIT) och Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).

– Robotarna behöver kunna fatta egna beslut när de är ensamma på jakt efter liv och vatten ute i rymden. Detsamma gäller när de ska hjälpa till med att kolonisera andra planeter. – Det låter kanske som science fiction, men det är det inte. Helt autonoma robotuppdrag kommer att utföras inom de närmaste fem åren, och det betyder att vårt sätt att betrakta rymduppdrag kommer att förändras radikalt. ANNA WENNBERG anna@etn.se

FAKTA

Tre tänkbara robotar för rymduppdrag Inom tio år tror forskare att vi kan skicka autonoma robotar ut i rymden, exempelvis för att utforska Mars närmare. Rymdstyrelsen pekar ut tre robotar som kan vara intressanta i framtida rymduppdrag. De är:

Roboten Atlas, också från Boston Dynamics. Det är en mycket upp-

Tesla bot, en robotidé från Elon Musk. Den beskrivs som en humanoid som är 1,76 meter lång, väger nära 60 kilo, kan röra sig i cirka 2,2 m/s och bära drygt 20 kg. Tesla bot ska arbeta med tråkiga, repetitiva eller farliga moment. En prototyp ska vara klar nästa år, där basen är samma AI-system som används i Tesla-bilarna. Den får åtta kameror i olika riktningar.

LULEÅ TEKNISKA UNIVERSITET

Robothunden Spot, från amerikanska Boston Dynamics. Det är en fyrbent robot som har tagits fram för att arbeta i olika typer av miljöer som av någon anledning bedöms som olämpliga för människor, exempelvis gruvor eller rymden.

märksammad tvåbent humanoid robot som inte är utvecklad för att utföra några specifika uppgifter, utan för att testa gränserna för vad en människoliknande robot kan klara. Atlas är 1,5 meter hög, väger 89 kilo och rör sig i upp till 2,5 m/s.

TESLA

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

vilja utnyttja mer här i Sverige, tillsammans med branscher inom flera olika sektorer, hintar George Nikolakopoulos. Den fyrbenta roboten passar perfekt för att samarbeta med en autonom drönare. Båda är självstyrande med en viss konstgjord intelligens. Om det till exempel skett en olycka – ett ras i en gruva – kan duon programmeras att söka efter människor i nöd.

BOSTON DYNAMICS

eorge ­Nikolakopoulos är professor i robotik och AI. Hans forskar­ grupp vid Luleå tek­niska universitet (LTU) är en av de första i världen som kunnat visa upp AI-baserad navigering av autonoma drönare i gruvor. Autonoma drönare har djupseende, uppfattar ljud och kan agera direkt på informationen. De ger stora fördelar jämfört med ett semiautonomt markgående fordon om exempelvis ett okänt tomrum eller en mörk tunnel ska utforskas. – Den artificiella intelligensen är då huvudsakligen inriktad på autonom perception om själva miljön, säger George Nikolakopoulos. För drönaren handlar det exempelvis om att bena upp var den befinner sig, vad som finns runt omkring den, vart den ska och vad den ska göra. Här ingår att identifiera hinder och farliga områden för att försöka undvika dem. Visserligen har många forskargrupper i världen lyckats flyga autonoma drönare, men bara ett fåtal har lyckats lämna labbet. Här ingår robotikgruppen vid LTU som fått en helt ­autonom drönare att inspektera en gruv­ tunnel – en färdighet som direkt kan överföras till luftburen utforskning av planeter. Den bedriften väckte Nasa/ JLP:s (Jet Propulsion Laboratory) intresse. För två år sedan tog Nasa kontakt med Luleåforskarna för att starta ett långsiktigt samarbete, men också för att erbjuda en plats i laget Costar i den nyligen avslutade tävlingen Darpa Subterranean Challenge (se ruta). Det var så Luleåforskarna lärde känna den gula robothunden Spot: en fyrbent varelse späckad med datorkraft för styrning samt flera inbyggda kameror och flera lidarsensorer. Spot beskrivs som en av de mest avancerade robotarna som kan gå. Den kan nå en hastighet på 1,6 m/s, och ett ful�laddat batteri räcker i 90 minuter. Som mest kan den bära 14 kilo. Spot var Boston Dynamics stöd till Costar. Idag tillhör LTU det amerikanska robotikföretagets program Academic Alliance Program. – Det innebär att vi är behöriga att utveckla ytterligare autonomisystem med Spot som baslinje. Det är en möjlighet som vi skulle

11

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Vill synkronisera bilarnas Idag kan bilarnas radarsensorer störa ut varandra eftersom de saknar synkronisering. Problemet växer dessutom i takt med att allt fler fordon utrustas med radar. Uppstartsföretaget Radchat vill lösa problemet genom att addera en kommunikationskanal som delar ut tidsluckor.

E De första prototyperna har testats i labb och ska snart ut på vägarna. De har en separat hårdvara för kommunikationen som använder ett frekvensband nära det 77 GHz-band som avsatts för fordonsradar.

nligt amerikanska NHTSA tillkommer runt 70 miljoner nya bilar med radarsystem varje år och om man inte gör någonting snart kommer tekniken inte att bli det stöd till förarna som biltillverkarna tänkt. Samtidigt sänder en radar inte under mer än kanske 20 procent av tiden, resten behövs för att ta emot reflektionerna och analysera dem. Vet man dessutom att de sveper över ett brett frekvensband på sisådär 5 GHz – de är av typen FMCW – finns alla ­möjligheter att lösa störproblematiken ­genom att dela ut tidsluckor.

I det enklaste scenariot möts två bilar vars radarsystem stör varandra. Komplexiteten ökar när tre bilar är inblandade varav två kan kommunicera med varandra.

Genom att ta hänsyn till hur lång tid ett radarsvep tar och hur det använder spektrum, plus tiden det tar att kommunicera, går det att skapa ett protokoll som delar ut lämpliga tidsluckor och därmed förhindrar störningar.

12

– Vi har gjort simuleringar som visar att det fungerar med minst 70 radarsystem, säger Henk Wymeersch. Han är professor i kommunikationssystem på Chalmers men också en av grundarna till Radchat, ett bolag som startade så sent som i år och som vill addera en kommunikationskanal till radarsystemen för att eliminera problemet med att de ”bländar” varandra. Det kan kännas som en väldigt hög tröskel att övertyga fordonsindustrin om förträffligheten i lösningen men företaget antogs i somras till inkubatorn MobilityXlabs som drivs av Cevt, Ericsson, Veoneer, Volvo Cars, Volvo Group och Zenseact. Dessutom har företaget antagits till inkubatorn Plug and Play Ventures i Silicon Valley. Tankarna på lösningen formulerades i ett FFI-projekt som genomfördes på Chalmers tillsammans med bland annat Veoneer och Volvo för några år sedan. – Vi har utvecklat ett decentraliserat protokoll som överför information om timing och parametrar för radarsignalen. Den som tar emot meddelandet svarar och sedan kan de koordinera sina radarsystem så att de inte stör varandra. R E N T P R A K T I S K T börjar varje bil med att skicka ut meddelanden i tidsluckan när radarn inte skickar ut sin signal. Om den inte får något svar är det bara att fortsätta tills en annan bil kommer inom ”synhåll”. Då görs synkroniseringen. – Det sker så fort att radar­ prestanda inte påverkas. I praktiken går det på mindre än en millisekund. Det är betydligt snabbare än så kallad V2X-kommunikation som standardiseras runt om i världen som

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

radarsensorer en metod för att utbyta information mellan fordon men också mellan fordon och infrastruktur. Kampen står mellan wifi-varianten 802.11p och 5G som bägge har fördröjningar på uppåt 10 millisekunder. – Man måste ta hänsyn till att omgivningen förändras snabbt och vi kan uppdatera synkroniseringen efter varje radarsvep vilket är ungefär var 20:e millisekund, säger Henk Wymeersch. I TÄTA R E T R A F I K ökar komplexiteten. Inte bara de två bilarna som möts behöver var sin tidslucka, de kan också störas av radarsignaler från andra bilar. Dessutom ser de olika fordon så synkroniseringen kan snabbt bli komplex. Det finns dock inte tid att synkronisera tusentals grupper av bilar och det är inte heller nödvändigt. – Störningarna är lokala, de som är ett antal hopp bort störs

inte av samma signaler som du. Det går dock inte att garantera ditt radarsystem aldrig störs ut. Dels skulle det krävas att alla fordon hade Radchats lösning och dels är ingen teknik hundraprocentig. – Vår lösning är proaktiv, vi väntar inte på att det ska bli störningar utan åtgärdar innan det händer. Företaget har tagit fram de första prototyperna som testats i labb och snart ska ut på vägarna. Rent praktiskt har en kommunikationskanal kopplats ihop med radarsystemet för att kunna styra det. Kommunikationen sker på ett frekvensband nära det som fordonsradarn använder men det långsiktiga målet är att integrera kommunikationslänken i radarsystemet genom att använda den befintliga hårdvaran och dessutom använda samma frekvenser. – Det handlar mest om mjuk-

– Samtidigt kan vi erbjuda andra fördelar, som en väldigt säker kommunikation med bra bandbredd som är svår att hacka. Det är så vi hittar våra kunder, säger Lukas Crisp som är affärsutvecklare på Radchat. Henk Wymeersch Lukas Crisp

varan och en mindre modifiering för att kunna modulera oscilla­ torn med OFDM eller någon annan metod, plus några extra ingångar. Det är inte orimligt att kommunikationskanalen kan få en bandbredd på uppåt 40 Mbit/s vilket är tillräckligt för att överföra videoströmmar. – Vi pratar med radartillverkare om möjligheterna. Hur lång bort en standardisering ligger är omöjligt att säga men fordonsindustrin rör sig i den riktningen. Det finns helt enkelt ingen annan lösning på problemet.

D E T K A N H A N D L A O M tillämpningar i gruvor för att kommunicera och kartlägga omgivningen, att slippa kabeldragning i långa lastbilar men också lösningar för parkeringsgarage eller rutter för självkörande bussar. – Vi har ansökt patent på protokollet och undersöker möjligheten att skicka in ett till mot slutet av året. Men först ska systemen ut på vägarna för praktiska tester. Dessutom håller företaget på att ta in en mindre summa pengar, så kallad pre-seed, som ska räcka ett till ett och ett halvt år.

PER HENRICSSON per@etn.se

Mouser har något andra källor inte har Allt din BOM behöver

mouser.se/available-to-ship Mouser är en auktoriserad distributör av halvledare och elektroniska komponenter

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

13

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

”Endast AI kan skydda mot AI” Under de senaste fyra åren har KTH-professorn Elena ­Dubrova besegrat den ena kryptotekniken efter den andra med hjälp av maskin­ inlärning. Snart ska hon byta hatt och börja ta fram motåtgärder. Hon hoppas kunna använda samma verktyg, maskininlärning.

E

lena Dubrovas publiceringslista för de senaste åren är kuslig läsning. Det är i det närmaste en hit-list över hur hennes forskargrupp gått bärsärk från kryptoprotokoll till kryptoprotokoll och knäckt dem ett efter ett. Saber, Snow, Acorn, Trivium – det låter som namn på superhjältar. Och det är verkligen inga duvungar. Bland dem finns kryptoteknik som används skarpt i mobilnätet eller kandiderar till att bli postkvantumteknik, alltså protokoll som skapats för att till och med kunna överleva kvantdatorangrepp. Men Elena Dubrova och hennes forskargrupp hittar deras akilleshäl. Det är inte algoritmerna i sig hon angriper utan den fysiska hårdvaran som kör dem. Hon behöver ha fysisk åtkomst till den. Trådlöst kan räcka. Under körningen förvandlas matematiska algoritmer till fysik: energi förbrukas, radiostrålning alstras och tid förflyter. Sådant går att mäta. Det kallas för att utnyttja ”sidokanaler”. De läcker information på ett sätt som inte syns i en analys av algoritmen i sig. Det finns samband mellan de fysiska mätvärdena och de data­ värden som strömmar genom FAKTA Elena ­Dubrova är KTH:s högst rankade forskare inom datorhårdvara och arkitektur baserat på antalet citeringar under karriären. Globalt ligger hon bland de två procenten högst rankade. De senaste åren har hennes forskning varit fokuserad på hårdvarusäkerhet och hon har introducerat ämnet i grund­ utbildningen.

14

Elena Dubrova har en realistisk AI-teknik som knäcker Bluetooth-kryptering.

hårdvaran när den kör algoritmen. Genom att hitta sambanden kan kryptot knäckas. Ett knep är att störa hårdvaran genom att manipulera exempelvis temperatur eller spänning. Då kan mellanvärden ändras så utdata blir fel på ett sätt som kan avslöja hemligheter. Ett enkelt exempel är att om ett meddelande ska krypteras genom att moduleras med brus, kommer det tvärtom ut i klartext om bruset plattas ut till en ström av nollor. F YS I S K A AT TAC K E R är inget nytt fenomen i sig. Både hårdvara och algoritmer har utformats för att skydda mot dem. Det finns kryptokretsar som slumpmässigt utför extrainstruktioner för att sopa igen spåren av sina verkliga operationer. Men inte ens sådana skydd stoppar Elena Dubrovas grupp. I fjol bröt de sig in i en så kallad fysiskt icke klonbar funktion som hade skydd mot fysiska intrångsförsök. Hennes vapen är maskin­ inlärning (ML). Det är den ”kryptonit” som Elena Dubrova använder för att besegra krypton. Existerande skydd mot fysiska angrepp har stora problem med ML-attacker. – Traditionella skydd mot power-analys fungerar inte mot deep learning. Hon var bland de första i forskarvärlden att upptäcka att de djupa artificiella neuronnät som tolkar bilder också kan lära sig att tolka kurvor som visar strömförbrukning och elektromagnetisk strålning.

Hon spelar in mätdata från sidokanalerna på samma typ av hårdvara som hon vill attackera. Data används för att träna ett neuronnät tills det kan koppla mönster i signalerna till värden som bearbetas i hårdvaran. Elena Dubrova har demonstrerat att attacker av det här slaget inte bara är teoretiska utan praktiskt genomförbara. För att knäcka kryptonyckeln för ett USIM-kort behöver hon bara analysera fyra strömförbrukningskurvor i snitt, att jämföra med snarare 4 000 i traditionella strömförbrukningsattacker. Och attacken kan genomföras med en budget på bara 10 000 kronor. E T T A N N AT E X E M P E L är att hon kan knäcka AES-krypterad Bluetooth på femton meters håll från cirka 300 signaler som representerar olika krypteringar. Endast en mätning per kryptering behöver hon. – En annan grupp krävde minst 500 mätningar för var och en av 5 000 olika krypteringar. Att upprepa samma kryptering flera gånger skulle dock inte fungera i verkliga livet. – Vi var först i världen att klara det med en enda mätning. Orsaken till att vi klarar det är att vi använder deep learning. Elena Dubrova kan inte ge exempel på faktiska cyberattacker som genomförts med hjälp av maskininlärning. – Jag vet helt enkelt inte. Det skulle de nog inte berätta för mig – det är av utmaningarna med det här området. Samtidigt konstaterar hon

att hennes egna studenter efter en kurs lär sig göra framgångsrika attacker med mycket enkla medel. Vad kan då inte resursstarka organisationer göra? Efter att ha knäckt krypton med hjälp av maskininlärning i fyra år tycker hon att hon snart känner fienden tillräckligt väl för att våga sig på att arbeta fram försvarsmetoder. – Vi har lärt oss vad skurkarna kan göra och vad det finns för gränser. Motmedel ska tas fram tillsammans med Ericsson i ett Vinnovafinansierat projekt som startade i somras och pågår till 2023. Det vackra är att skyddet mot maskininlärningsattacker kan visa sig vara – maskininlärning – ont ska med ont fördrivas – Vi tror att endast AI kan stoppa AI, säger ansökan till Vinnova. V I N N O VA P R O J E K T E T ska under­ söka algoritmer som körs i programmerbar logik (FPGA:er) som blivit en populär plattform för databehandling, inklusive kryptering. De körs allt oftare i molntjänster där ju operatören fysiskt kommer åt dem. Kan du lita på att din molnoperatör inte försöker hacka dem? En av idéerna till försvar är skapa olika implementeringar av kryptoalgoritmen och därmed ge dem olika fingeravtryck i sina sidokanaler. En annan idé Elena Dubrova är sugen på att undersöka är att använda så kallad Adversarial Learning för att förvränga den information som läcker ut i sidokanalerna. – Adversarial Learning kan användas för att sabotera maskininlärning – kanske kan det också användas för att stoppa ML-baserade attacker? Projektet ska resultera i implementeringar av en prototyp för försvar mot någon form av angrepp som Ericsson kommer att föreslå. Ytterligare ett par partners kan vara på gång. Projektet ska också resultera i handfast vägledning kring nya sätt att programmera FPGA:er.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Hur mår öppenkodsprojekten? Och är Linus på bättringsvägen?

N

är det gäller ­kommersiell programvara skrivs kontrakt mellan köpare och säljare. Något motsvarande finns typiskt inte när du vill börja använda öppen källkod. Den avgörande frågan blir istället om projektet ser ut att fungera organisatoriskt och socialt. Mjukvara är inte en statisk produkt utan något som hålls aktuellt och uppdaterat i ett ständigt projekt. Det räcker inte att utvärdera nuvarande kodversion. Du behöver utvärdera den sociala process som producerar koden. Magkänsla kan räcka ganska långt för att värdera om ett projekt är något som du vill engagera företaget i. Men en händelse i mitten av 10-talet stämde till eftertanke. Den betraktas i efterhand som startskottet för att lyfta frågan om projekthälsa och börja hantera den mer systematiskt. År 2014 upptäcktes att öppen-

MOZILLA CAMPUS CLUBS

Det finns projekt inom öppen källkod som inte fungerar bra. Men hur känner man igen dem? Och hur får man dem att fungera bättre? Projektet Chaoss på Linuxstiftelsen undersöker vad som menas med att ett projekt och dess medlemmar är vid ”god hälsa”.

Öppen källkod kan inte värderas i bara kronor och ören.

kodsbiblioteket OpenSSL under två års tid hade haft ett allvarligt säkerhetshål, numera känt som Heartbleed. Det lämnade stora delar av Internet sårbara för cyberintrång. Det finns mycket skrivet om buggen och dess konsekvenser och hur den hanterades. Men den djupaste lärdomen som drogs var att den bottnade i ett icke fungerande projekt. Med facit i hand är det lätt att se problemet. – Mysteriet är inte att en handfull överbelastade volontärer missade en bugg, utan att det inte händer oftare, sammanfattade OpenSSL:s ordförande Steve Marquess. Av utvecklarna var det en enda som arbetade heltid och projektet hade en budget i donationer

FAKTA

Rise granskar hälsan på öppen källkod Törs du använda öppen källkod i ditt projekt? En forskargrupp på Rise tar fram verktyg och metoder för att hjälpa dig svara på frågor om ett projekts ”hälsa”. Linux, mysql, yocto, gcc, gstrea­ mer, opencv – industrin är full av mjukvaruprojekt som är öppen källkod. Trenden att använda öppen källkod i kommersiella projekt fortsätter växa. Ett företag idag kan vara beroende av tusentals öppenkodskomponenter eftersom en komponent typiskt använder ytterligare komponenter. Koden är gratis – men törs du hänga upp ditt företag, din myndighet, din organisation på den? Vad gör du om utvecklarna tröttnar? Kan koden introducera cybersäkerhetsbrister?

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

En lösning är att alltid tacka nej – ett stort maskinföretag i Sverige har exempelvis valt att helt vägra att befatta sig med kod som inte är egenutvecklad. På svenska Rise finns en forskar­ grupp under ledning av Johan Linåker som hoppas kunna producera en systematisk vägledning till beslutet. En av komponenterna är en redan existerande databas över öppenkodsprojekt och deras hälsostatus. Skaparen, svenska Debricked deltar i projektet. Det gör även Lunds universitet, Scania CV och Addalot Consulting. Projektet finansieras av Vinnova. Det startade i somras och pågår till hösten 2023: ”Metodstöd för svensk industri att möta sårbarhetsrisker i användningen av öppen programvara”.

på kring 20 000 kronor om året. – Grundläggande teknik inom den globala ekonomin är byggd på en infrastruktur som är chockerande underfinansierad, konstaterade säkerhetsforskaren Dan Kaminsky. E N AV R E A K T I O N E R N A på Heartbleed var att göra en översyn av behoven hos några viktiga projekt och trygga deras finansiering. Det var ett sätt att adressera den ekonomiska frågan. Men samtidigt vaknade en allmännare diskussion om statusen på öppenkodsprojekt – finns det mer att säga om hur de fungerar? Idag talar man om ”hälsan” hos ett community – projektet och dess medlemmar. Det kan handla om allt från att automatiskt mäta kodkvalitet till att bejaka mångfald – det finns fler aspekter än bara ekonomiska och tekniska. Även om ett projekt känns stabilt och producerar bra kod, så har företag tackat nej till att engagera sig när tonfallet på projektets forum varit ociviliserat. Det är inget du vill utsätta dina anställda för. Eftersom det här handlar om öppen källkod ligger en del av ansvaret på dig själv. Det spelar in i ekvationen när du värderar projektet – kanske kan just ditt företags bidrag göra den väsentliga skillnaden? Att företag engagerar sig och investerar i öppenkod som de använder har blivit mycket vanligt. Det är en taktik med bara fördelar. Att ta på sig en roll ger möjlighet att styra projektets inriktning – att se till att ditt före-

tags klåda klias. Frågan om hälsa är internt relevant för projektets egna medlemmar. Ett projekt vill ha utvecklare som känner att de gör nytta, som sysslar med uppgifter de gillar och som känner att de får uppskattning. Området fick år 2017 ett eget program inom Linuxstiftelsen kallat Chaoss – Community Health Analytics Open Source Software. I Å R E T S KO N F E R E N S P R O G R A M sammanfattades dussintals aspekter på hälsa som man kunde tänkas vilja mäta. En presentation byggde på en enkät om varför människor engagerar sig i öppen källkod och vad som kan få dem att hoppa av. En kanadensisk forskare hade undersökt tonläget vid diskussioner – data finns enkelt tillgängligt i öppna diskussionsgrupper. Hon inledde med ett citat från världens mest kände öppen­ kodare: ”SHUT THE FUCK UP!”

Jo, Linus Torvalds har en ökänd historia av verbala övergrepp bakom sig. Han har försvarat den flera gånger som ett rättframt sätt att kommunicera och hans inställning anses ha satt tonen för övriga maintainers av Linux. Det har fått utvecklare att tappa sugen och hoppa av, ofta kvinnor. År 2018 tänkte Linus Torvalds plötsligt om, bad om ursäkt i ett längre inlägg och tog en timeout för att jobba med sitt beteende. Det finns en förhoppning om att Linus Torvalds utspel ska leda till en allmän förändring. En mätning året efter kunde dock inte ge ett entydigt svar. JAN TÅNGRING jan@etn.se

15

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Ericssons språk lär sig AI I våras kunde Ericssons klassiska programspråk Erlang till slut bocka för stöd för ­maskininlärning. Därmed har språket ett mer komplett stöd för edge och IoT, där AI och ML är en trend. Konsultbolaget Erlang Solutions är redo att applicera de nya verktygen.

S

pråket Erlang har haft en lucka inom ett mycket hett teknikområde: maskin­ inlärning. Databehandling i distribuerade system, inklusive AI, flyttas just nu gärna närmare systemets kant, till gateways eller ända ut i ändnoderna. Men Erlang har inte kunnat delta med full kraft i den praktiken – exempelvis genom att tolka sensordata snurrades på en Raspberry Pi – eftersom snabba beräkningar aldrig har varit språkets fokus. För att blicka tillbaka är detta inte ens första gången Erlang bromsats av brist på numerisk kompetens. – Vi har förlorat mycket i konkurrensen mot Java på detta, berättar Francesco Cesarini, grundaren till svensk-brittiska Erlang Solutions. – Java har byggts för att hantera numeriska beräkningar. Vi förlorade den kampen eftersom vi inte hade ambitionen att vara snabbast. Bara att vara ”snabba nog” för de problem vi adresserade. Så Erlang är usel på huvudräkning. Eller har varit. För sedan februari finns NX, ett kodbibliotek för numeriska beräkningar. Det utnyttjar hårdvaruacceleration i cpu:er och gpu:er för att lyfta prestandan. Strax därpå, i april, släpptes Axon, ett NX-baserat bibliotek för maskininlärning, motsvarande exempelvis Tensorflow eller Pytorch för andra plattformar. Erlang kan köras i Raspberry Pi.

– NX och Axon har utan att skämmas hämtat mycket inspiration och idéer från dem. Det är närmare bestämt Erlangs syskonspråk Elixir som de två kodbiblioteken stöder. Både NX- och Axon-biblioteken är fortfarande så färska att Francesco Cesarini inte får presentera exempel var de används skarpt. Erlang Solutions experimenterar med dem lokalt och hos kund. – Det är fortfarande tidigt. Men allt är på plats. Vi har gjort hackathons internt och vi jobbar med det hos kunder. Vi har de olika komponenterna klara och väntar bara på rätt projekt och rätt tillfälle för att expandera. D E T O F F E N T L I G A E X E M P E L han kan gräva fram är från fordonsindustrin: ett EU-finansierat projekt där bland andra Volvo och Ericsson experimenterar med 5G och förarassistans. Erlang och Elixir körs i CAN-gateways i två extrautrustade Volvo XC60 och V60. Tillämpningen är edge computing. Bilarna vill inte pumpa upp sina rådata direkt i molnet utan tugga ner siffrorna först. – Du kan ju tänka dig hur mycket data en bil kan producera! Förr skickades all denna data över GPRS, 3G och 4G för analys. Här analyseras den i bilen vilket reducerar datamängden du behöver sända.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

FAKTA

Erlang Solutions På Erlang Solutions ägnar sig 120 anställda åt uppdrag inom finans, telekom, spel, IoT och messaging. Verktygen hämtas ur Erlangs ekosystem. Kontoren ligger i London, Krakow, Budapest och Stockholm. Och så finns ett team som är distribuerad över hela den amerikanska kontinenten. – Sverigekontoret klarar sig så bra på egen hand att jag sällan får tillfällen att träna svenska, ­skrattar grundaren och teknikchefen ­Francesco Cesarini. Omsättningen på Erlang Solutions har dubblerats de senaste 18 månaderna. – Under lockdown – när folk jobbat hemifrån – har det verkligen funnits ett behov av det vi gör. Vilket kan sammanfattas som ”infrastruktur för kommunikation”. Erlang är en plattform för såväl sociala medier som onlinetjänster, IoT och finansiella transaktioner. – Logiken är densamma. Det som kan skilja är storleken på paketen. Och kraven på robusthet: flyttar du pengar från A till B får du inte missa en transaktion. – Till skillnad från ett missat Whatsappmeddelande som ”bara” är en irritation. ORDLISTA Erlang är ett funktionellt programspråk skapat på Ericsson på 80-talet av Joe Armstrong, Robert Virding och Mike Williams. Det ­skapades eftersom Ericssons AXEsystem var svårprogrammerade i befintliga verktyg. Ett av designmålen var robusthet. Därför finns processer vars enda uppgift är att vaka över andra processer, därför kan ingen process låsa systemet och därför kan koden uppdateras utan att systemet stoppas. OTP (Open Telecom Platform) är en samling kodbibliotek skrivna i Erlang för implementering av distribuerade system, som telekomsystem. Beam är en virtuell maskin som kör kod kompilerad från Erlang och ytterligare 35 andra språk. Första versionen skrevs av Bogdan Hausman. En virtuell maskin är en sorts operativsystem som ersätter datorns riktiga operativsystem med ett som är ­specialanpassat för tillämpningen. Program

16

Francesco Cesarini föddes i Italien och flyttade till Sverige när han var sjutton och studerade datavetenskap. Först på Umeå universitet (där han bland annat under en kurs hade Elektroniktidningens reporter som lärare i beräkningsteori) och senare på Uppsala universitet. Han mötte Erlang på Ericsson år 1994, grundade konsulten Erlang Solutions år 1999 och flyttade till London. Francesco Cesarini har författat flera läroböcker om Erlang i O’Reillys välkända bokserie. Han har undervisat i språket på IT-Universitetet i Göteborg, och idag på Oxforduniversitetet.

skrivna i de olika språken kan köras samtidigt på samma Beam och interagera med varandra. På Ericsson fortsätter arbetet med att trimma Beam. Elixir är det populäraste av de 35 Beamspråken vid sidan av Erlang. José Valim skapade det för tio år sedan genom att anpassa det populära webbutvecklarspråket Ruby on Rails till att fungera mer som Erlang. Det har en utvecklingsmiljö som heter Nerves. NX är ett Erlang-kodbibliotek för linjär algebra som släpptes i en första version i februari i år av José Valim och Sean Moriarity. Axon är ett bibliotek för djup maskininlärning byggt i NX och presenterades av Sean Moriarity i april.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Connect with confidence

Francesco Cesarini lärde sig Erlang där det skapades, på Ericsson. I bakgrunden ATM-växeln AXD 301 där Erlang debuterade.

Därför älskar han Erlang Programspråket Erlang gjorde sin skarpa debut i en ATMväxel från Ericsson i slutet av 90-talet. Ericsson har hållit fast vid Erlang hela vägen till 5G, och det används även i övriga telekomvärlden, exempelvis hos Cisco och Motorola.

Erlangs styrka är skalbara distribuerade system. Det kan effektivt hålla väldigt många bollar i luften oavsett om det handlar om processer som körs i en lokal ensam cpu eller om de distribueras över hela Internet – där skillnaden mellan dessa extremfall dessutom elegant nog är transparent för programmeraren. De egenskaper som gör Erlang lämpligt för telekom är lika relevanta i andra distribuerade system, som IoT- och kantdatorsystem (edge computing). Det språk som dominerar inom typiska inbyggda system är dock C. – Så det har varit svårare att få acceptans här, även när vi kunnat visa att det går att få tre gånger

På Erlang Solutions är fördelningen idag 50–50 mellan Erlang och dess syskonspråk Elixir.

större produktivitet och mycket mindre buggar och minnesproblem i Erlang, säger Francesco Cesarini. F Ö R T I O Å R S E D A N fick Erlang ny kraft inom inbyggda system med en ny utvecklingsplattform: Nerves. Där fick Erlang ett syskonspråk kallat Elixir – de går på samma virtuella maskin, Beam – som avsiktligt formgavs för att locka till sig nya utvecklare från webb- och app-världen. Elixir är Erlang förklädd till ett av webbutvecklarnas favoritspråk: Ruby on Rails. Eller tvärtom: Elixir är Ruby delvis anpassad till Erlangs semantik och uppgraderad med Erlangs teknik för skalbara distribuerade system. – Utvecklare skrämdes bort av Erlangs funktionella syntax. Men Ruby såg bekant ut, säger Francesco Cesarini. Elixir och Nerves öppnade upp Erlangs ekosystem för en stor grupp nya utvecklare och har idag ofta det starkare stödet för inbyggda system av de två

språken. Elixir kan vara vad du egentligen vill ha numera om du är inbyggnadsutvecklare och nyfiken på Erlang. Francesco Cesarini uppskattar att fördelningen mellan Erlang och Elixir på hans företag Erlang Solutions idag är 50–50. Nerves har pakethanterare och byggverktyg som kan länka in komponenter från Linux. Det kan kompilera kod för bland annat x86, Raspberry Pi, Beaglebone och Octavo. Erlang gör allt från att styra maskiner och samla data i svenska gruvor till att hantera högfrekvenshandel på banken Goldman Sachs. Det används inom Big data för att optimera distribuerade molnberäkningar. Och det används i fabriksautomation för dess styrsystem och meddelande­bussar. I S V E R I G E har teknikentreprenören Jane Walerud coachat Erlang till flera framgångar, senast genom att hjälpa Klarna att snabbt implementera sin första handelsplattform. Erlang har bevisat sig som en plattform för sociala media. Det användes redan tidigt i urplatt­ formen EJabberd. Discord med sina 150 miljoner aktiva användare körs på Elixir och Whatsapp med 2 miljarder går på Erlang, liksom Pinterest och Grindr Chat. Och någonting kan vara på gång på Zoom som haft skalbarhetsproblem och nu annonserar efter Erlang- och Elixirutvecklare.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

MÖJLIGGÖR TEKNOLOGI

ÖVERALLT Harwins kontaktprodukter har visat sig hantera extrema förhållanden, med stötar, vibrationer och temperaturintervall noggrant testade. Mikrokontakter börjar med 1,25 mm delning och klarar 2 A per kontakt, går upp till 8,5 mm och 60 A - vi täcker ett brett spektrum applikationer för när SWaP är viktigast. Med vår kvalitet, service, support och våra högtillförlitliga produkter kan du lita på Harwin.

harwin.com

Skanna här för mer information

Ingenjör till ingenjör Harwin sviker dig inte. Kontaktdon visade i verklig storlek

17

Harwin UAV Elektronik Tidningen Sweden Oct 21.indd 01/10/2021 1 11:18

ANNONS

INNEHÅLL FRÅN KATA-ANA INVEST AB

Uppfinningen som kan revolutionera laddnings- och lagringssystem för energi Kata-Ana Invest AB har förvärvat alla rättigheter till utveckling, tillverkning och försäljning av en unik uppfinning i hela världen. Det är ett laddnings- och lagringssystem för energi, som också kan benämnas batteri.

M

öt Ulf Ramström, styrelseordförande för Kata-Ana Invest AB för att höra hur han ser på bolaget och uppfinningens framtid. Kata-Ana har fått alla rättigheter till en unik uppfinning av ett laddnings- och lagringssystem för energi, vilket är känt som ett AIP-batteri. Berätta i korta drag om tekniken. – Tekniken för uppfinningen och dess funktion är egentligen mestadels välkända tekniker, som finns att tillgå i litteraturen, vilket kombineras men på ett annorlunda vis. Dessutom ger uppfinningen den stora energikapaciteten med en ny molekylkatalytteknik. Det är ett laddnings- och lagringssystem som också kan benämnas batteri. Batteriet som företaget utvecklar är till stor del av aluminium. Aluminium är en metall som rymmer stora mängder energi. Det är också en metall för vilken det finns stora lager och god tillgång till på jorden. Dessutom är det lätt och billigare än de metaller som batterierna tillverkas av idag. Många har genom åren försökt bygga aluminiumbatterier, men det har varit svårt och de har stött på problem. Företaget anser att genomförbarheten och funktionaliteten för dess batterilösning bekräftas av en delvis liknande uppfinning, som patenterats av Cornell University i USA och resonemang och forskning av forskare vid Chalmers tekniska universitet i Göteborg. Var tror du den största marknaden kommer att finnas?

– Den största enskilda marknaden kommer vara inom eldrivna fordon. Den blir global. Eftersom batteriet byggs upp modulärt och det kan byggas från väldigt litet till stort, så kan marknaden finnas inom väldigt många

branscher och verksamheter. Uppfinningen kan tillämpas varhelst där laddning och lagring av energi utförs. Till exempel i fordon av alla slag inklusive flygplan, bilar, lastbilar, byggmaskiner, jordbruksmaskiner och fritidsfordon, samt i lagring av sol-, vind-, våg- och värmeenergi och i telefoner, apparater av olika slag. Applikationslistan kan vara mycket lång, eftersom energi behöver laddas och lagras överallt. Vad ser ni för marknadspotential?

– Eftersom marknaden kommer bli väldigt stor och om uppfinningen utvecklas, patenteras och lyckas, som beräknat, då kommer Kata-Ana’s AIP-batterilösning bli väldigt intressant för marknaden och andra intressenter, som vill vara med i ett nytt koncept. Möjlig marknad blir på många tiotals miljarder SEK eller mer. Hur tänker ni runt finansiering av verksamheten?

– Tanken är att i den pågående nyemissionen, som pågår fram till den 31 december 2021, ta in 5 miljoner kronor och samtidigt bredda ägarantalet i bolaget. Då får Bolaget in kapital för att slutföra den pågående patentansökan, som lämnades in i USA den 12 juni 2020 och den nyligen inlämnade PCTansökan för 150 länder, som inlämnades den 11 juni 2021. Patentansökan som inlämnats i USA förväntas publiceras i december 2021. En VD/projektledare ska anställas och lite mer lokaler och utrustning ska anskaffas. Därefter behövs ytterligare kapital i en nyemission eller så kan Bolaget sälja förlicenser för senare tillverkning, lite beroende av hur den pågående patentansökan och PCT-ansökningarna fortskrider i USA och

övriga världen. Totalt behövs 50 miljoner kronor för att slutföra patentansökningarna och bygga prototyper av batteriet. Vad är nästa steg?

– Anställa en VD/projektledare, anskaffa mer lokaler och utrustning och slutföra första patentansökningen och PCT-ansökningarna. Vilka anser du vara de största riskerna runt detta?

– Den största risken är att Bolaget inte får in det nödvändiga kapitalet eller att uppfinningen inte når den potential som beräknats. Beräkningarna ger teoretiskt 33 gånger bättre effektivitet än motsvarande produkter som finns idag, men Bolaget har satt upp målet att nå till 20 gånger. Var tror du att Kata-Ana befinner sig om 5 år?

– Den beräknade tiden för att utveckla systemet och tillverka prototyper är 2–3 år, lite beroende på hur lång tid patentansökningarna tar och vilken potential som uppnås. Lyckas det så kommer bolaget vara värt mångdubbelt mot idag. Jag törs inte spekulera mer exakt i detta, men kan bara konstatera att allt ligger rätt i tiden nu och vid ett lyckat genomförande så kan det bli väldigt, väldigt bra för bolagets aktieägare. Värdet kommer öka i takt med hur patentansökningarna faller ut och med utvecklingen av batterisystemuppfinningen AIP-batteri. Nyfiken på att veta mer om Kata-Ana och bolagets framtidsutsikter? Skicka ett mail till info@kata-ana.com så får du en inbjudan till deras Pepicon-plattform.

INNEHÅLL FRÅN KATA-ANA INVEST AB

ANNONS

Kata-Ana uppfinning

Med Kata-Ana teknologi beräknas följande kunna åstadkommas: Elektropositiva metalljoner reduceras till metall i normaltemperatur med analysatoroch katalysatorreaktioner med en färdigt beräknad och förutbestämd ström. Man har beaktat lösningens strömmotstånd och den krävda överspänningen. I batteriteknologin betyder det att aluminiumelektroden ger ifrån sig sin energi och att den kan omladdas tillräckligt många gånger. Så kan man tillverka batterier i alla storlekar med följande beräknade prestationsvärden: l Energitäthet/volym: 2 100 Wh/liter l Energitäthet/massa: 1 330 Wh/Kg l Laddningsgånger: 3 000+ l Minimumtemperatur: –40 Celciusgrader l Maximitemperatur: +70 Celciusgrader l Funktionstid: 10–30 år l Upplösningshastigheten: justerbar Kata-Ana AIP-batteri. Schematisk bild.

Aluminium är en bra lösning på grund av fyra orsaker: a) Det är tillgängligt överallt b) Det är billigt c) Det lagrar mycket energi d) Det har en låg vikt SENASTE HÄNDELSE:

Den globala PCT-ansökan inlämnades den 11 juni 2021 till Patentverken, i både USA och Finland. I USA med nr. PARTA 1 PCT P22708PC00 och i Finland med nr. PCT/ Fl2021/050437. Patentbyrån Laine IP Oy, Finland har anlitats för uppdraget. Målet är att få ett positivt utlåtande av patenterbarheten. Därefter kan Kata-Ana välja fortsatt patentförfarande i olika länder eller globalt. Pågående nyemission pågår fram till den 31 december 2021.

För Investerare l Vi är ett utvecklingsbo-

lag som har som mål att utveckla laddnings- och lagringssystemet till en produkt, som vi kan sälja tillverkningslicenser för, till tillverkare globalt. l Bolaget ska sälja licenser och få in kapital i bolaget, som sedan kan delas ut till aktieägarna. En exit på något sätt kan också bli aktuellt, om det kommer förmånliga erbjudanden, som är bra för bolagets aktieägare. l Är du en intresserad investerare, som vill vara med i en möjlig mycket intressant utveckling, skicka då ett mail till info@kata-ana.com för mer information, så kontaktar vi dig. l För mer information, besök Kata-Anas hemsida: www.kata-ana.com

Av Robert Rehammar och Klas Arvidsson, Bluetest Robert Rehammar är disputerad från Chalmers och har arbetat tio år i industrin med mikrovågsteknik med fokus på antenner. Han är tjänstledig från Bluetest, där han är teknikchef. Bluetest är världsledande tillverkare av utrustning för test av enheter med små antenner. Robert jobbar just nu i ett forskningsprojekt på Chalmers och driver samtidigt det egna bolaget RAR AB, som fokuserar på mikrovågsdesign och antennkonstruktion.

E

n antenn är en komponent som har till funktion att konvertera elektromagnetisk energi i luften till elektromagnetisk energi i någon form av vågledare. Antenner är komplexa elektromagnetiska apparater som kan konstrueras för vitt skilda ändamål. Det kan vara enorma paraboler för att plocka upp radiovågor från miljontals kilometer ut i rymden eller pyttesmå mönster på ett kretskort gjorda för att koppla en NFCsignal från en sändare till en mottagare i ett RFID-kort. Här vill vi fokusera på en mycket vanlig typ av antenn som garanterat alla idag kommit i kontakt med till vardags – små1) antenner för olika typer av uppkopplade prylar. Det kan handla om WLAN-accesspunkter eller små sensornoder i IoT-nät. Den typ av antenner vi avser kan sitta till exempel i el/vattenmätare, datorer, hörlurar, datormöss eller bilnycklar. Gemensamt för denna typ av antenn är att vi i allmänhet ställer de flesta av kraven: ­Billig, kompakt, enkel att integrera, bra mikrovågsprestanda. I D E N N A A R T I K E L kommer vi att fokusera på den sista av dessa punkter och redan ut vad bra mikrovågsprestanda egentligen betyder när det kommer till små antenner. Idag finns en uppsjö leverantörer som säljer olika antenner för olika frekvensband och olika typer av integration i enheter. Vanliga typer är till exempel keramiska antenner som ytmonteras på mönsterkort, olika typer av dipol-antenner som ansluts via externa kontakter och små antenner på mönsterkort som ansluts med interna kontakter. Vilken av dessa eller andra man ska välja beror helt på tillämp-

ed liten antenn menar vi här en antenn som är M elektriskt liten, dvs typiska dimensioner på antennen är mindre eller ungefär lika med våglängden på den strålning antennen är designad för. 2) En rikt spridande miljö kallas på engelska rich isotropic multhpath (RIMP). Det är ett vanligt begrepp när man diskuterar kommunikation med små antenner.

IKEL

Liten och stor har olika behov

PE R

R TA T

Antenneffektivitet viktigaste parametern för en liten antenn

EX

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Klas Arvidsson är produktchef på Bluetest sedan 2011. Han har över 20 års erfarenhet av telekomindustrin genom sitt arbete på Ericsson med utveckling av 2G-, 3G- och 4G-basstationer samt mikrovågs­länkar. Klas har en mastersexamen från Elektroteknik på Chalmers.

ningen och hur man vill integrera dem. Gemensamt för de flesta användarfall som är aktuella för ovan listade antenner är dock att de ska användas i en rikt spridande miljö2). Där har man som hårdvarudesigner, och därmed ofta ansvarig för integration av antenn, typiskt inte kunskap om hur antennen kommer vara orienterad i förhållande till antennen i andra änden av den radiolänk man vill upprätta. Denna brist på information är avgörande för hur man ska tänka när man konstruerar och integrerar sin antenn. Det är också avgörande i att göra en parameter viktigare än alla andra när man ska välja antenn från ett prestandaperspektiv. Denna parameter är antennens effektivitet.

Antennens huvudsakliga funktion är att flytta elektromagnetisk energi från luften till en vågledare. För små antenner handlar det ofta om en vågledare på mönsterkort, till exempel en mikrostrip eller en coplanär vågledare. (Det kan påpekas att eftersom antenner är passiva, reciproka komponenter gäller alla relationen åt bägge håll, och vi kan välja fritt om vi vill betrakta antennen som en sändare eller mottagare, ekvationerna gäller åt bägge hållen). E N B A S A L R E L AT I O N mellan effekten i luften och effekten i vågledaren är:

Pout = ePin

90°

135°

Pout

45°

Sidlober

Huvudlob

180°

0°

Pin

Backlob

1)

20

225°

315°

270°

Exempel på 2d-strålningsdiagram.

Illustration av en antenn kopplad till en generator och de två effekterna i ekvation 1.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM att avgör hur man ska placera sin antenn så att merparten av den utstrålade energin riktas åt det håll man vill ha den, till exempel i riktningen en mottagande antenn sitter eller riktningen till en stjärna om man sysslar med astronomi. I dessa lägen vill man rikta antennens huvudlob (se figur sid 20) mot källan. I många situationer är detta dock inte möjligt. Detta gäller exempelvis för en mobil­ telefon och för små trådlösa enheter som ska placerar av en användare i en mer eller mind­ re okänd miljö. För denna typ av tillämpning blir strålningsdiagram tämligen ointressanta. Effekten förstärks i situationer med en starkt spridande miljö, det vill säga när det finns många objekt i signalens väg som gör att siktlinjen mellan sändare och mottagare är skymd. Då kommer energin som överförs från sändaren till mottagaren att transporteras via reflektioner och diffraktion som komplicerar utbredningsegenskaperna avsevärt. För denna typ av miljöer beskriver man utbredningen genom statistiska modeller som fångar typiska egenskaper i miljön.

Modväxlarkammare i genomskärning. På vridbordet syns en telefon placerad i en hållare.

da är förmodligen strålningsdiagrammet. Detta är en funktion i två vinkelvariabler, ofta betecknade ϕ och θ och brukar betecknas g (θ, ϕ). För en stor antenn är detta en mycket viktig storhet då den beskriver hur stor del av den utstrålade effekten som lämnar antennen i en viss riktning (ska man vara noga är g linjärt relaterad till det elektriska fältet av en viss polarisation, men låt oss här koncentrera oss på effekt och därmed låta g beskriva den utstrålade effekten i en viss riktning). Strålningsdiagrammet kan normeras på olika sätt, men ofta används det som ett relativt mått på hur stor andel av strålningen som sker i en viss riktning. Även g är reciprok och gäller både för sändning och mottagning. Strålningsdiagrammet är av stor vikt i de lägen man kan använda informationen det innehåller till något. Det mest uppenbara (men inte det enda) som informationen i strålningsdiagrammet kan användas till är

sitt strålningsdiagram

∬sfären g (θ, φ) = 1 brukar man säga att diagrammet beskriver direktiviteten hos antennen. Man kan då definiera en ny funktion: G (θ, φ) = eg (θ, φ) som brukar betecknas förstärkning (eng. gain). E F T E R S O M D E T Ä R KO M P L I C E R AT att ange ett helt strålningsdiagram är det vanligt att förkorta ner informationen och endast ange gain eller direktivitet i en viss riktning, normalt i huvudlobens riktning. Denna anges då ofta i dBi, vilket innebär att man jämför strålningen från sin antenn i riktningen (θ, ϕ) med hur mycket en tänkt isotrop antenn som strålar lika mycket i alla riktningar strålar i riktningen (θ, ϕ).

Har du brist på utvecklingsresurser? Använd en modul från Embedded Artists och accelerera ditt projekt i.MX RT1064

i.MX RT1176

i.MX 7ULP

i.MX 8M Mini

i.MX 8M Nano

Vill du veta mer? www.embeddedartists.com/accelerera

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

21

▲ ▲

Där Pin är effekten tillgänglig för antennen och Pout är effekten antennen skickar vidare (till luften eller vågledaren, beroende på om den sänder eller tar emot). Konstanten e kal�las antennens effektivitet och är ett mått på hur effektiv antennen är på att konvertera energi mellan de två medierna. För en perfekt antenn är denna 1, eller 100% i linjär skala, eller 0 i dB. Typiska små antenner ligger mellan –1 och –5 dB, det vill säga någonstans mellan 20 och 70% av energin kan gå förlorad. För en strålande antenn är Pout den totala energin som den strålar ut i luften. Denna betecknas vanligen total radiated power, TRP och det är vanligt med regulatoriska krav på en lägsta och en högsta TRP för en viss tillämpning i ett visst band, såsom för en WLAN-radio på 2,45 GHz ISM-bandet. Det finns många andra storheter som kan vara relevanta för en antenn. Den mest kän-

OM MAN NORMERAR

så att:

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

PE R

EX

R TA T

Förstärkningen, G, hos en antenn kan mätas i en ekofri kammare (eng. Anechoic chamber, AC). Det är ett stort rum där man placerar mikrovågs­ absorberande ­ material på väggarna och därigenom tar bort så mycket reflektioner man kan. Eftersom G skalas med g kan man dock inte läsa ut något om effektiviteten, e, utifrån en mätning av G. Effektiviteten kan också mätas i en ekofri kammaren, men för små runtstrålande antenner är det ofta svårt att mäta detta med stor noggrannhet då all typ av montering av antennen i kammaren tenderar att störa mätningen.

IKEL

E N A LT E R N AT I V T E K N I K för att mäta effektivitet är modväxlarkammare (eng. reverberation chamber, RC). En RC har, istället för absorberande material på väggarna, metall som reflekterar all strålning. I en RC kan man inte mäta strålningsdiagram. Men det blir istället väldigt lätt att snabbt och med hög noggrannhet mäta effektivitet. Kopplar man sedan antennen till en radio som matar antennen med en viss effekt, Pin, kan man genom att multiplicera högerledet i ekvationen ovan få ett uttryck för hur mycket strålning, nu mätt i W per vinkel­enhet, systemets antenn-plus-sändare skickar ut i olika riktning. Regulatoriska krav är ofta angivna i någon eller flera av dessa storheter, till exempel maximal tillåten utstrålad effekt, Pout, eller maximal tillåten utstrålad effekt i en viss riktning, EIRP (t.ex. in mot huvudet för en mobiltelefon i tal-position). D E T Ä R VA N L I G T bland tillverkare av små antenner att i datablad ange antennens gain, som då ofta ligger kring 3–5 dBi. Det är då mycket viktigt att vara medveten om att denna siffra inte säger något alls om hur effektiv antennen är – det är alltså inte möjligt att utifrån ett värde på gain i huvudlobens riktning säga något om hur effektiv anten-

22

Uppmätt effektivitet på en liten PCB-antenn i modväxlarkammare. Man kan se att även en enkel antenn i billigt FR4 kan göras mycket effektiv genom korrekt design.

nen är. Och eftersom det, för en designer av en apparat som ska sitta i en rikt spridande miljö, inte är möjligt att nyttja informationen om hur man ska rikta antennen för maximal prestanda är en siffra på gain ointressant. E N Y T T E R L I G A R E VA N L I G och viktig parameter hos en antenn är hur väl anpassad (eng. matched) den är till impedansen som den matas med. För mikrovågor kommer en del av den energi som en antenn matas med att reflekteras tillbaks till sändare och gå förlorad. Effektiviteten hos antennen kan därmed delas upp i två delar:

e = el er där el betecknar effektförluster inne i antennen (och potentiellt andra förluster) medan er betecknar förluster i form av reflekterad energi. Reflektionsförluster, er, är ofta väldigt lätta att mäta genom att koppla antennen till en nätverksanalysator och det är vanligt att tillverkare anger hur väl antennen är matchad över ett visst frekvensband. Acceptabelt brukar vara en matchning där er < –6 dB. Det betyder att av en signal som matar antennen är det mindre än –6 dB som reflekteras tillbaks (andra vanliga namn på er är reflektionskoefficient Γ eller S11).

Det är viktigt att antennen är väl anpassad. Men resultatet av en illa anpassad antenn påverkar via ekvationen ovan direkt effektiviteten på antennen. Därmed räcker det att titta på effektiviteten för antennen. Det är också så att det återigen inte räcker att titta på anpassningen. Ett 50 ohms motstånd är perfekt anpassat till en 50 ohms matning, men en väldigt dålig antenn. Tyvärr florerar många missuppfattningar kring dessa begrepp på nätet och hos tillverkare, och man kan till exempel på för övrigt bra web-sidor läsa påståenden som (ett exakt citat): “Note that there are no TRP specs, so in general you don’t want the WIFI antenna to have too high of an efficiency, or the SAR and peak gain values will require a large conducted power backoff.” Detta är naturligtvis ett helt felaktigt påstående. Man vill i alla lägen har så hög effektivitet på sin antenn som möjligt. Är man i det tursamma läget att man då strålar ut för hög effekt ska man istället sänka uteffekten från sin radio och därmed spara batteritid eller bara elförbrukning. Det är också så att bättre effektivitet leder till bättre mottagning av svaga inkommande signaler. S K A D U VÄ L J A E N A N T E N N till ditt IoT-system framöver? Kräv då effektivitetsdata på de antenner som du väljer mellan för att göra ett korrekt val. Reflektionsdata och gaindata kan ge indikationer, men är inte tillräckliga för att bygga ett designbeslut på. I en färdig design är det viktigt att verifiera slutresultatet som förutom själva antennens prestanda även inkluderar antennplacering och inkapsling. Detta kan med fördel göras i en RC, och Bluetest i Göteborg tillhandahåller möjligheter att göra denna typ av mätningar mycket effektivt. Det går också att göra mycket effektiva antenner direkt i vanligt FR4 substrat, och därmed göra dem både flexibla och kostnadseffektiva. I figuren ovan syns uppmätt effektivitet hos en antenn tillverkad av företaget RAR, helt byggd i FR4 med konventionell mönsterkortsteknik och uppmätt i en RC. n

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

EX

R TA T

Så lyfter MCU och FPGA varandra

PE R

IKEL

Under utveckling och i färdig produkt

E

n co-processorarkitektur kombinerar en mikrokontroller (MCU) med en FPGA. MCU:n ger snabb och flexibel utveckling medan FPGA:n ger prestanda och flexibilitet. Arkitekturen är dessutom en utmärkt plattform för en iterativ konstruktionsprocess och denna artikel handlar om hur en sådan kan se ut. Först valideras algoritmer i mjukvara (C/ C++) för MCU:n. Därmed kan processer, data- och signalvägar samt kritisk funktionalitet verifieras på relativt kort tid. Genom att sedan översätta algoritmerna till en FPGA, kan konstruktören dra nytta av dess hårdvaru­acceleration och modularitet. Om systemdelar blir föråldrade eller optimeringar krävs är det därefter möjligt att göra ändringar i efterskott. Det är till och med möjligt att byta ut MCU och FPGA mot andra modeller utan att gränssnitten ändras nämnvärt. Eftersom både MCU och FPGA kan uppdateras i fält går det slutligen att göra användarspecifika ändringar och optimeringar på distans. Följande tillämpning tjänar som exempel i denna artikel. En FPGA används – som ofta är fallet – som ett direkt gränssnitt mot en snabb AD-omvandlare. Signalen digitaliseras, läses in i FPGA:n och behandlas. Slutligen fattar FPGA:n beslut utifrån resultaten. Figur 1 visar en generisk co-processor­ arkitektur där MCU och FPGA är anslutna via mikrokontrollerns externa minnesgränssnitt. FPGA:n hanteras som ett externt SRAM. Den skickar data tillbaka till MCU:n och fungerar som signalväg för interrupt och status. Detta betyder att FPGA:n kan indikera kritiska tillstånd för MCU:n, till exempel meddela att en AD-omvandling är klar, att ett fel uppstått eller någon annan anmärkningsvärd händelse har inträffat.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Rolf Horn är applikationsingenjör på Digi-Key Electronics.

Sedan 2014 har han ingått i företagets europeiska tekniska supportgrupp, med huvudansvar att besvara alla utvecklings- och teknik­ relaterade frågor från slutkunder i EMEA. Tidigare har han arbetat på flera olika halvledarföretag med fokus på inbyggda system baserade på FPGA:er och MCU:er för industri- och fordonstillämpningar.

Figur 1. Generisk co-processorarkitektur.

Figur 2. Arkitektur – digital signalbehandling med mikrokontroller.

lar av signalkedjan kan testas och valideras. I denna fas är FPGA:ns roll att fungera som ett gränssnitt för snabb datainsamling. Den ska på ett tillförlitligt sätt förmedla data från en snabb AD-omvandlare, uppmärksamma MCU:n på att data finns tillgängligt och presentera data på MCU:ns externa minnesgränssnitt.

FPGA-utvecklingen i denna fas är grunden för att produkten ska bli användbar, både under själva utvecklingen och när den ska släppas på marknaden. Genom att sätta allt fokus på lågnivågränssnittet finns tillräcklig med tid för att testa de centrala operationerna. ▲ ▲

FÖRSTA FASEN: Digital signalbehandling med MCU Allt annat lika går det åt mindre tid och resurser att utveckla med MCU och programvara än med FPGA och HDL-kod. Genom att starta produktutvecklingen med en MCU som huvudprocessor kan algoritmer implementeras, testas och valideras snabbare. På så sätt kan fel i algoritmer och logik upptäckas tidigt i konstruktionsprocessen, och stora de-

Av Rolf Horn, Digi-Key Electronics

23

TEMA: INBYGGDA SYSTEM ORDLISTA

från

PE R

den första fasen: 1.  Hela signalkedjan – alla förstärkningar, dämpningar och omvandlingar – blir testade och validerade. 2.  Projektets utvecklingstid blir minimal när algoritmer först implementeras i mjukvara. Det är av stort värde för projektledning och andra intressenter som behöver kunna bedöma om projektet är genomförbart innan de godkänner att det går vidare till konstruktionsfasen. 3.  Insikter från implementeringen i C/C++ kan direkt föras över till HDL-implementeringar med hjälp av verktyg som automatisk omvandlar mjukvara till HDL, till exempel Xilinx HLS.

Konstruktören kan bygga vidare på sina erfarenheter från MCUimplementeringen. Verktyg som till exempel det tidigare nämnda Vivado HLS från Xilinx kan översätta från C/C++-kod till syntetiserbar HDL. Tidsbegränsningar, processparametrar och andra användarpreferenser måste fortfarande definieras och implementeras, men kärnfunktionaliteten bevaras och översätts till FPGA-kod. I denna fas är MCU:ns uppgift att ta hand om systemet. Status- och styrregister i FPGA:n övervakas, uppdateras och rapporteras av MCU:n. Den sköter dessutom användargränssnittet (UI), som exempelvis kan köras i en webbserver som nås via en Ethernet- eller wifi-anslutning, eller i en industriell pekskärm. Den viktigaste lärdomen här är att både MCU och FPGA utnyttjas för de uppgifter som de är bäst lämpade för.

R TA T

D E V I K T I G A S T E R E S U LTAT E N

EX

Resultat av optimeringen av FPGA-algoritmens utförande (latenstid, intervall och resursutnyttjande).

IKEL

ANDRA FASEN: Flytta signalbehandling till FPGA Det andra utvecklingssteget definieras av att DSP-processer och algoritmer flyttas från MCU till FPGA. FPGA:n fortsätter att vara ansvarig för det snabba ADC-gränssnittet, men genom att dessutom ge den ytterligare roller utnyttjas dess hastighet och parallellitet fullt ut. Den kan dessutom till skillnad från MCU:n köra flera instanser av signalbehandling och algoritmer parallellt.

D E V I K T I G A S T E R E S U LTAT E N från den andra fasen: 1.  FPGA:n hanterar snabb, parallell exekvering av DSP-processer och algoritmer. MCU:n implementerar ett responsivt och smidigt användargränssnitt och hanterar produktens olika processer.

Figur 3. Arkitektur – systemadministration med mikrokontroller.

24

Latens: Antalet klockcykler som krävs för att utföra alla iterationer av loopen. Intervall: Antalet klockcykler innan nästa iteration av en loop börjar bearbeta data. BRAM: Block Random Access Memory (blockarbetsminne). DSP48E: DSP-slice för UltraScale-arkitekturen. FF: Flipflop. LUT: Uppslagstabell. URAM: Unified Random Access Memory (kan vara en enda transistor).

2.  Genom att först ha utvecklats och validerats i en MCU har risken för algoritmfel minimerats. Därefter har koden översatts till syntetiserbar HDL. Risken för FPGA-specifika fel kan minimeras exempelvis med hjälp av utvecklingsverktyget Vivado. 3.  Det är relativt riskfritt att flytta processer till FPGA. Flera projektintressenter kan därefter direkt se nyttan av FPGA:ns snabbhet och parallellitet. Mätbara prestandaförbättringar observeras och nu kan fokus läggas på att förbereda konstruktionen för tillverkning. TREDJE FASEN: Utrullning Med beräkningsintensiv databehandling i FPGA:n och system och användargränssnitt i MCU:n är produkten redo att tas i bruk. Det här betyder inte att alfa- och beta-releaser kan hoppas över utan poängen vi vill visa är de möjligheter som co-processorarkitekturen ger för utrullning. Både MCU och FPGA kan uppdateras i fält. Utveckling inom flera områden har gjort att det idag är lika lätt att uppdatera FPGA som att uppdatera mjukvara. Eftersom FPGA:n är adresserbar via MCU:ns minne, kan MCU:n senare fungera för åtkomst till hela systemet: den kan ta emot uppdateringar både för sig själv och för FPGA:n. Uppdateringar kan schemaläggas, distribueras och anpassas för varje slutanvändare. Slutligen kan loggar över specifika användare och användningsfall upprätthållas och associeras med specifika systemversioner. Med hjälp av dessa data kan prestandan förbättras ytterligare även efter att produkten tagits i skarpt bruk. N Ä R P R O D U K T E N Ä R I D R I F T kan uppdateringar och underhåll ske på distans – fördelarna med detta framgår kanske som tydligast när det handlar om rymdbaserade tillämpningar. Det kan handla om något så enkelt som att ändra ett logiskt villkor eller något så komplicerat som att uppdatera ett moduleringsschema för kommunikationen – co-processorarkitekturens programmerbarhet omfattar hela detta spann av funktionalitet. Samtidigt finns flera strålningshärdiga komponenter att välja mellan. Det viktigaste resultatet från denna fas är den progressiva kostnadsminskningen.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM FAKTA

Optimeringsinställningar vid syntetisering i Vivado HLS När DCT-koden har skapats som ett projekt i Vivado HLS-verktyget är nästa steg att syntetisera konstruktionen för FPGA-implementering. Då märks några av de mest påtagliga fördelarna med att flytta algoritmens exekvering från en MCU till en FPGA tydligare. I verktyget finns möjligheter till en rad optimeringar: Standard: C-algoritmen översätts till syntetiserbar HDL utan optimeringar. Detta kan användas som en referens för att bättre förstå de andra optimeringarna. Inre loop i pipeline: instruerar Vivado HLS att rulla upp inre loopar så att ny data kan börja behandlas medan befintlig data fortfarande befinner sig i pipeline. Nya data behöver alltså inte vänta på att befintliga är färdiga innan de kan börja bearbetas. Yttre loop i pipeline: den yttre loopens operationer strömmas genom

en pipeline. Den inre loopens operationer exekveras jämlöpande. Både latens- och intervalltid halveras genom detta direktiv. Arraypartitionering: Detta direktiv mappar innehållet i looparna till arrayer och plattar därmed ut all minnesåtkomst till enskilda element i dessa arrayer. Det kräver mer RAM, men körtiden halveras. Dataflöde: Detta direktiv gör det möjligt för konstruktören att specificera önskat antal klockcykler mellan varje inläsning. Endast loopar och funktioner som processas på toppnivån omfattas av detta direktiv. Inline: Detta direktiv rullar upp alla loopar, både inre och yttre. Det innebär att looparna tas bort och ersätts av en sekvens kopior av loopkroppen, en per loopvarv. Både rad- och kolumnprocesser kan därmed köras jämlöpande. Antalet nödvändiga klockcykler hålls till ett minimum, även om det förbrukas mer FPGAresurser.

Dessutom kan förändringar i komponentlistor och andra optimeringar också komma att göras eftersom det vid sjösättning kan visa sig att produkten fungerar precis lika bra med en billigare MCU eller en enklare FPGA. Tack vare co-processorn har konstruktörerna inte låst sig till att använda komponenter med överdriven prestanda. Och om en komponent skulle bli otillgänglig går det att byta ut den. Detta skulle inte vara möjligt om konstruktionen var baserad på ett fullt integrerat chip, en SoC, eller om den försökte hantera all signalbehandling i en högpresterande DSP eller MCU. Co-processorarkitekturen ger en utmärkt mix av kapacitet och flexibilitet som ger konstruktören fler valmöjligheter

Figur 4. Konstruktionsflöde för implementering.

och friheter, både under utveckling och efter driftsättning. Snabb prototypframställning Poängen med att snabbt kunna ta fram prototyper är att det gör det möjligt att täcka in en stor del av produktutvecklingen genom att utföra uppgifter parallellt, snabbt identifiera buggar och konstruktionsproblem och validera kritiska data- och signalvägar. För att nå ett bra resultat krävs deltagande av expertis inom respektive delområden. Traditionellt innebar det en maskiningenjör, en mjukvaruingenjör och en HDL-utveck­ lare. Numera finns det dock gott om tvär­ vetenskapliga yrkesverksamma som kan fylla olika roller, även om projektkostnaden

FALLSTUDIE

Diskret cosinustransformation Diskret cosinustransformation (DCT) används frekvent inom digital signalbehandling för mönsterigenkänning och -filtrering. Författaren och hans kollegor valde därför i en labbövning ut DCT som exempel på en ­beräkningsintensiv algoritm. Den röda ­tråden är hur algoritmen utvecklas från en C- till en HDL-implementering. Följande verktyg och komponenter användes: • Vivado HLS v2019 • Den specifika komponent vi använde för utvärdering och simulering har produktnummer xczu7ev-ffvc1156-2-e

Figur 5. Xilinx Vivado HLS-konstruktionsflöde.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

DCT-algoritmen – till att börja med i C – ­arbetar med två arrayer av 16-bitars heltal: array a är indata och array b är utdata. Databredden (DW) definieras därför som 16, medan antalet element (N) i arrayerna är 1024/DW, det vill säga 64. Slutligen är storleken på DCT-arrayen (DCT_SIZE) satt till 8, vilket betyder att vi använder en 8x8-matris. Den C-baserade implementeringen gör att det går snabbt att utveckla och validera algoritmens funktion. Vi väljer att låta funktion vara viktigare än prestanda eftersom eftersom den senare implementeringen i en FPGA enkelt kommer att kunna trimma prestanda genom att utnyttja hårdvaru­ acceleration, loop unrolling och annan teknik.

för att samordna dessa insatser fortfarande är betydande. En forskningsartikel med titeln ”An FPGA based rapid prototyping platform for wave­ let coprocessors” lyfter fram hur co-processorarkitekturen gjorde det möjligt för en ingenjör att fylla alla dessa roller på ett effektivt sätt. Studien började med att forskarna konstruerade och simulerade den önskade DSP-funktionaliteten i det Matlab-baserade utvecklingsverktyg Simulink. Det gjordes av två huvudanledningar: •   det verifierade den önskade prestandan genom simulering. •   det fungerade som en grundnivå, som framtida konstruktioner kunde jämföras med och referera till. D Ä R E F T E R I D E N T I F I E R A D E S kritiska funktioner som delades upp i olika kärnor – mjukvarukomponenter och delar som kunde syntetiseras i en FPGA. Det viktigaste här var att definiera gränssnittet mellan de olika kärnorna och komponenterna och att jämföra dataprestanda med simuleringen. Denna konstruktionsprocess stämde väl överens med Xilinx konstruktionsflöde för inbyggda system, som sammanfattas i figur 4. Genom att dela upp systemet i syntetiserbara kärnor kan DSP-konstruktören fokusera på de mest kritiska delarna av signalbehandlingen. Hen behöver inte vara expert på hårdvara eller HDL för att modifiera, routa eller implementera olika mjuka processorkärnor eller komponenter i FPGA:n. Så länge som konstruktören är medveten om gränssnittet och dataformaten har hen full kontroll över signalvägarna och kan förbättra systemets prestanda. n

25

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Säkerhet och tillförlitlighet i Sakernas Internet med Zephyr RTOS

P

rojektet Zephyr (www.zephyrproject. org) har ägnat de senaste fem åren åt att utveckla ett öppet realtidsoperativsystem (RTOS) för IoT applikationer. Zephyr RTOS har i skrivande stund stöd för över 200 utvecklingskort med flera olika processorfamiljer inklusive Arm, RISC-V, Tensilica, NIOS och Arc, och stödjer även multipla processorkärnor. Det finns också inbyggt stöd för trådlös kommunikation över Bluetooth LE, Wifi och 802.15.4 Matter (det som tidigare hette Zigbee), samt stöd för en rad andra standardgränssnitt som Ethernet, USB, CANbuss, och 6LoWPAN. En viktig detalj i sammanhanget är att utvecklingen av Zephyr RTOS har fokus på säkerhet. Projektet drivs inom The Linux Foundation, vilket bland annat innebär att det finns ett akutteam med uppgift att ta emot och agera på rapporter om säkerhetsproblem och att kodbasen hålls i ett sådant skick att den ska klara en säkerhetscertifiering. Uppdaterade versioner av operativsystemet publiceras ungefär var tredje månad och det finns även en LTS-version (”Long Term Support”) för användare som vill ha en stabil plattform med enbart säkerhetsuppdateringar. Detta ger snabbare utveckling av uppkopplade inbyggda system och med hög säkerhet, samt stor flexibilitet i valet av både hårdvaruplattform och molnleverantör. De två ledande alternativen FreeRTOS och ­Azure

Av Johan Kraft, Percepio Dr. Johan Kraft är vd och

grundare av Percepio AB. Han har också utvecklat den första versionen av Percepio Tracealyzer, ett verktyg för visuell spårningsdiagnostik som ger utvecklarna insikt i programvarans beteende under körning och underlättar utvecklingen av inbyggnadssystem. Innan Percepio grundades 2009 arbetade Johan Kraft med utveckling av inbyggda system hos ABB Robotics. Han har doktorerat i datavetenskap.

RTOS ThreadX är knutna till de två dominerande molnleverantörerna, Amazon Web Services och Microsoft Azure, medan Zephyr erbjuder ett helt oberoende alternativ. Den pågående pandemin har skapat nya tillämpningar av Sakernas Internet, exempelvis kontaktspårningsutrustning som avståndsmätare och även ”smarta” säkerhetsskor. Med hjälp av Zephyr RTOS har olika tillverkare kunnat ta fram den här typen av prylar på bara några månader, tack vare operativsystemets tillförlitlighet och integrerade kommunikationsstackar.

En visualiserad spårningssession som visar schemaläggningen i Zephyr, tillsammans med bl a API-anrop.

26

Visuell spårningsdiagnostik kan liknas vid en övervakningskamera som registrerar hur programkoden uppträder under körning och upprättar en grafisk tidslinje som kan användas som utgångspunkt för felsökning och mer detaljerad analys.

För att ta säkerhetsskorna som ett exempel: de upplyser bäraren, genom att skon börjar vibrera, om hen riskerar att komma för nära en kollega. Bäraren kan då till exempel sätta på sig sin ansiktsmask eller flytta sig längre bort. Säkerhet kontra komplexitet Men även med säkerhet i centrum kan förstås säkerhetsproblem uppstå, både i Zephyr-kärnan och i applikationskod. ­Zephyr-projektet redovisar öppet upptäckta sårbarheter och i listan kan man exempelvis hitta ”BadAlloc”, en minnesallokeringsbugg som påverkade en lång rad realtidsoperativsystem, tillsammans med problem i USBoch Bluetooth-biblioteken. Ett inbyggt system med säker anslutning till molntjänster kräver mycket kod för kommunikationsstackarna, vilket ironiskt nog ökar komplexiteten och därmed riskerna. Ett ”Hello World”-projekt för anslutning till AWS genom MQTT och TLS producerar hundratals kilobyte körbar kod. Därtill tillkommer komplexiteten i själva applikationen och dess interaktioner med omvärlden, som också kan ha defekter och sårbarheter. Dessa kan utnyttjas till att få tillgång till enheten och i värsta fall också resten av nätverket. Ett system som inte är säkrat mot intrång (security) är inte heller funktionellt säkert (safety). Det är inte svårt att föreställa sig vilka konsekvenser ett intrång kan få i exempelvis industristyrsystem eller medicinska system. Ett realtidsoperativsystem som Zephyr lägger till ytterligare ett lager av komplexitet: flertrådade applikationer. Ett av huvudskälen att använda ett RTOS är möjligheten att dela upp koden i separata trådar som i princip exekveras oberoende av varandra. I praktiken finns det dock ofta beroenden mellan trådarna som påverkar beteendet och ökar komplexiteten. Vissa beroenden är både avsiktliga och nödvändiga, då en del trådar behöver kommunicera mellan var­ andra, men det förekommer också oavsiktliga beroenden som kan ställa till problem – det är inte uppenbart utifrån källkoden att

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

PE R

R TA T

EX

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

IKEL

Ett visuellt spårningsverktyg kan visa ett stort urval av analysvyer för Zephyr RTOS utan att det krävs några ändringar i operativsystemets källkod.

de finns där, än mindre hur de eventuellt påverkar exekveringen. Det här blir en särskild utmaning för de mikrokontrollersystem som används i Saker­nas Internet eftersom dessa ofta inte använder minnesskydd. Ett fel eller ett intrång i en del av systemet kan därmed påverka alla delar. Determinism och testbarhet De flesta RTOS, inklusive Zephyr, använder prioritetsbaserad schemaläggning av ­trådar, där en tråd kan avbrytas nästan när som helst för att lämna plats åt en annan. Om applikationen inte är designad på rätt sätt kan detta öka komplexiteten ytterligare, då den exakta exekveringsordningen inte tydligt framgår ur källkoden. Tillsammans med avsaknaden av minnesskydd och beroenden mellan trådar kan resultatet bli ett ickedeterministiskt beteende som kan leda till svårfångade fel. Deterministisk exekvering är nödvändig för att systemet ska vara möjligt att testa på ett bra sätt, och därmed också för säkerheten. Det kräver att variationen i körtider hålls nere till ett minimum och framför allt inte påverkar den inbördes ordningen mellan viktiga händelser i mjukvaran. Annars finns det risk att systemet får oerhört många potentiella händelseordningar, mycket fler än vad som realistiskt kan testas i praktiken. Funktionell testning av sådana applikationer riskerar att bara skrapa på ytan av de möjliga fall som kan inträffa. Det finns förvisso ett antal metoder att verifiera säkerhet, men det finns ingen heltäckande metod för att hitta alla potentiella sårbarheter. För att säkerställa deterministisk exekvering i ett RTOS-baserat system behövs detaljerad analys av exekveringen, inklusive variationer i körtider och i exekveringen av trådar och API-anrop.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Ett sätt att undersöka hur flertrådade applikationer beter sig under körning på Zephyr RTOS är att använda ett verktyg för programvaruspårning. Sådana verktyg använder strategiskt utplacerade anrop, eller spårningspunkter, i kärnans kod till att spela in händelser under körning. Källkoden till Zephyr behöver inte modifieras för att göra detta, det räcker med att aktivera spårning i inställningarna för Zephyr och kompilera om. I Zephyr 2.6.0 har det inbyggda stödet för spårning utökats med fler spårningspunkter och funktioner för att bättre kunna analysera vad som händer under körning, samt stöd för spårningsverktyget Tracealyzer från Percepio. Spårningsverktyg kan visa inspelade händelser på en grafisk tidslinje, som många gånger är en utmärkt ingång till felsökning, men också visa använd processortid samt minnesförbrukning för stack och arbetsminne, uppdelat per tråd. Sådan information kan också användas till att upptäcka källor till ickedeterministiskt beteende, till exempel stor variation i tidsåtgång för vissa uppgifter. Målet är som sagt förbättrad tillförlitlighet och säkerhet, och vägen dit är en stabilare och mer testbar applikation. Programvaruspårning kan också användas till att registrera API-anrop och användardefinierade händelser i applikationen, vilket gör att tekniken kan användas brett, till exempel för felsökning av låsningar och minnesläckor. Verktygsstöd för avancerad analys och visualisering av spårningsdata – det som vi kallar visuell spårningsdiagnostik – realiserar något som närmast kan liknas vid en övervakningskamera för inbyggda system. Utvecklarna kan zooma ut bilden för att få överblick över de trådar som körs, och sedan zooma in på detaljnivå. Spårningsdata kan visualiseras

ur flera perspektiv och på olika nivåer av abstraktion, vilket möjliggör att man arbetar sig utifrån och inåt: studera helhetsbilden för att se möjliga avvikelser och undersök sedan avvikelserna i mer detaljerade vyer. Spårning kan realiseras helt i mjukvara, endera genom att spara de senaste händelserna i en ringbuffert i målsystemet eller genom att kontinuerligt strömma spårningsdata till en ansluten dator, exempelvis genom en TCP/IP-länk eller genom en avlusningsprob. På så vis kan man övervaka ett system över långa tidsperioder och fånga även mycket sällsynta problem. Mjukvarubaserad spårning går att använda tillsammans med i stort sett alla inbyggnadsprocessorer och utvecklingsverktyg, eftersom det inte kräver speciellt hårdvarustöd för spårning. Sammanfattning Förmågan att tidigt och snabbt identifiera möjliga problem är avgörande för att hålla tidsramarna i ett utvecklingsprojekt, och för att leverera en produkt med hög kvalitet. Tillförlitlighet och säkerhet är viktiga krav för uppkopplade inbyggda system inom ­Sakernas Internet. Zephyr 2.6.0 inkluderar ett utökat stöd för programvaruspårning som underlättar felsökning och bidrar till bättre säkerhet och tillförlitlighet. Visuell spårningsdiagnostik gör det lättare att detektera ickedeterministiskt beteende, ett fenomen som kan dölja defekter i koden och därmed påverkar testbarheten negativt. Med visuell spårningsdiagnostik kan man uppnå högre produktivitet, främst genom att felsökning går fortare, och man förbättrar testbarheten vilket har en positiv inverkan på kritiska faktorer som säkerhet och tillförlitlighet. n

27

PE R

R TA T

EX

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

Med IPMI som fjärrk Din edgeadministratör kommer att älska detta

IKEL

O

rganisationen PICMG har lanserat en ny standard för fjärradministration av COM-HPC (High Performance Computing – en formfaktor för högpresterande inbyggnadsmoduler). Nu slipper administratören ge sig ut på fabriksgolvet – eller till annan ort – för att trycka på resetknappen när ett kort låser sig. Målet är förenklat underhåll och förbättrad QoS (tjänstekvalitet). Specifikationen är baserad på den befintliga serverstandarden IPMI för fjärradministration och adresserar i synnerhet kantdatorsystem (edge computing) baserade på COM-HPC. Fjärradministration, inklusive via reservkanaler (out-of-band), är standard idag för administration av IT-system. Det går att monitorera att systemfunktioner är uppe, installera uppdateringar och patchar, felsöka, med mera – allt utan att fysiskt befinna i serverhallen. Tjänsteleverantörer använder typiskt fjärradministration för att ge sig själva åtkomst till sina kunders lokala eller molnplacerade servrar. Med IPMI för COM-HPC blir nu fjärrsupport av det slaget också en option för kantservrar och gateways. Det blir en möjliggörare inom digitalisering och IIoT. Fjärradministration överbryggar klyftan mellan IT och OT (operationell teknik). Den som konstruerar kantsystem på datormoduler vill typiskt kunna ta fram egna fjärrstyrningsfunktioner anpassade efter egna behov. Därför finns en specifik delspecifikation för detta behov inom PICMG COM-HPC. För att inte uppfinna hjulet på nytt hämtas delar av COM-HPC-underspecifikationen från IPMI (Intelligent Platform Management Interface). Vi ska nu göra en djupdykning i gränssnittet för att förstå hur COM-HPC kan ha nytta av det. IPMI valdes eftersom det är ett robust, moget och allmänt accepterat gränssnitt. Det skapades 1998 och genomgick revideringar 2001 och 2004. PICMG använder IPMI:s specifikation Redfish som baseras på ett så kallat REST-API. Då och då definieras ny funktionalitet. Livslängd och stabilitet gör skillnad IPMI definierar protokoll, gränssnitt och arkitektur för monitorering och administration av datordelsystem. Standardiserade format används för att referera till hårdvaran på låg nivå. Kommunikationen med kortet sker via en styrenhet på kortet kallad BMC (board management controller).

28

Av Jessica Isquith, PICMG Medförfattare: Aaron Pop, Congatec och David Wise, AMI Jessica Isquith är nuvarande ordförande för PICMG, ett 150 med­

lemmar starkt branschkonsortium som standardiserar industriella inbyggnadskort. Hon tog sin ingenjörexamen på Tufts universitet och har jobbat drygt 20 år i ledningsroller i inbyggnadsindustrin, bland annat på Aurora Technologies, Carlo Gavazzi och SIE.

IPMI-meddelanden kan antingen skickas över nätverket till en BMC på ett fjärrsystem eller från en BMC till ett lokalt delsystem, som en strömförsörjningsenhet. Mångsidigheten när det gäller att skicka IPMI -meddelanden gör det möjligt att dela upp komplexa administrativa uppgifter i delområden. Ett meddelande kan vara en förfrågan om hårdvarans aktuella tillstånd. Eller så kan det vara en instruktion till BMC:n att vidta åtgärder, som att öka kylningen, göra en omstart eller läsa av en sensor. Att administrationen sköts av en dedikerad komponent minskar bördan på värdmaskin och operativsystem. För IPMI gäller att administrationen är helt frikopplad från målplattformen vilket betyder att den kan göras även när målplattformen är nere. Allt detta har gjort IPMI till en de facto-standard för serveradministration. Dess skapare höll medvetet kommandona enkla för att inte lämna utrymme för missförstånd vilket bäddar för att specifikationen kommer att leva kvar länge till. IPMI bjuder på flexibilitet i form av möjligheten att addera nya nätverksfunktioner (NetFn) och nya instruktioner, utöver de som är standard och de som är tillval. Branscharbetsgrupper utnyttjar den friheten när de definierar egna funktioner och kommandon för

att hantera teknik och funktioner som ingen tänkte på när specifikationen skapades. Flera alternativa möjligheter System baserade på COM-moduler (Computer-on-Module) bygger på ett flexibelt ramverk vilket gör det enkelt att göra de justeringar som krävs för att addera fjärradministration. En av justeringarna gällde det EEEP-minne (Embedded EEPROM) som används för att lagra data om leverantörer, minnesplatser, nätverksfunktioner, med mera. En hel del av den informationen lagras även i IPMI FRU-enheten (Field Replaceable Unit). För att inte dessa data ska dupliceras finns rekommendationer om hur en IPMIenhet kan överföra data från EEEP till FRU. Med tanke på hur många tillämpningar det finns för COM-HPC-moduler – datacenter, isolerade noder, edge, fog – var det viktigt att det skulle finnas alternativa sätt att administrera. Standarden specificerar dessutom olika nivåer av IPMI-stöd på både bärarkort och moduler. Moduler kan vara MU, MB eller MF – unmanaged, basic eller fully managed. Bärarkort (Carrier Boards) kan vara CU eller CM, unmanaged eller managed. Skillnaderna i detalj framgår av specifikationen, men det viktiga att ta med sig är att alla dessa moduler och bärarkort är interopera-

COM-HPC-standarden tar sikte på Edge Computing (kantberäkningar) vilket är en form av ­distribuerade beräkningar. Därför behövs protokoll för fjärradminstration liknande det slag som används inom exempelvis molnservrar.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

TEMA: INBYGGDA SYSTEM

ontroll till COM-HPC bla vad gäller IPMI – alla typer av bärarkort fungerar korrekt med alla typer av moduler. Flexibilitet är en nyckel Designgruppen för COM-HPC IPMI insåg att one-size-fits-all skulle vara en olämplig approach med tanke på att det finns så vitt skilda scenarier för fjärradministration. Därför finns flera olika designer för kombinationer av moduler och bärare tillgängliga för olika uppgifter, som att starta och stänga av systemet, eller kommendera systemet att hämta nätverksinformation. Om du till exempel arbetar mot ett bärarkort med upp till fyra moduler är det mest effektivt om varje modul har sin egen oberoende administration. I ett annat scenario skulle du istället kunna dra nytta av en fullfjädrad IPMI-implementering på bärarkortet, för att göra en unik anpassning för specifika funktioner oavsett om modulerna kan administreras eller inte. Det kommer alltid att finnas systemdesigners som inte vill ha några administrationsmöjligheter alls. Och det kommer alltid att finnas systemdesigners som vill hålla administrationsfunktionaliteten till ett minimum. Därför var det viktigt att prioritera kompatibilitet mellan olika nivåer av modulhantering. Kontroll av plattformar Ju mer av systemresurserna som öppnas för åtkomst desto kraftfullare blir IPMI. Därför använder den nya COM-HPC-specifikationen vissa specifika gränssnitt för de mest kompletta administrationsmöjligheterna. Det främsta av dem är IPMB (Intelligent Platform Management Bus) som ger BMC:n på bärarkortet åtkomst till MMC:n (Module Management Controller). Men inte bara det. Ett av de nya gränssnitt som BMC:n kan använda är en dedikerad PCI Express-kanal som inkluderar en grafikkontroller. Ytterligare gränssnitt dedikerade för IPMI är I2C, USB och strömbrytare. Genom dessa IPMI-kanaler – tillgängliga på distans via BMC – kan systemadministratören styra nästan hela plattformens beteende för högsta möjlig QoS, minimala driftstopp och effektivast möjliga fjärrunderhåll. För att ge några exempel: l I2C kan användas för att komma åt EEEPdata på en modul. l USB kan användas för att emulera USBenheter som tangentbord, mus eller en DVD-enhet. l Strömkontrollerna kan användas för att slå på/av strömmen på distans… l … eller för att fördröja systemstart medan BMC:n kör initieringsprocesser. NYA P I C M G CO M - H P C -specifikationen ­bäddar därmed för omfattande möjligheter till IP-

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

IPMI-anrop sker antingen över Internet eller till ett lokalt delsystem. Eftersom systemen ofta är byggda i moduler som COM, är det smidigt om de kan adresseras direkt. IPMI-stödet på moduler och bärarkort kan vara på olika mognadsnivå men de är ändå inter­ operabla. Det öppnar för möjligheten till ­systemkonfigureringar av såväl ickeadministrerade bärarkort med administrerade moduler, som av dess motsats – administrerade bärarkort med ickeadministrerade moduler.

MI-administration. Som konstruktör kan du börja fundera över hårdvarudesign för att implementera IPMI. Och modulleverantörer med partners kan börja arbeta med sina BMC- och MMC-implementeringar. Till exempel genom att utnyttja SP-X och/eller öppen firmware som OpenBMC. Det sistnämnda, OpenBMC, är en Linuxdistribution avsedd för administration av servrar, rack-switchar, RAID-enheter, med mera. OpenBMC passar utmärkt för nästa generations COM-HPC system. Den är baserad på Yocto, OpenEmbedded, systemd och D-Bus och kan därmed enkelt skräddarsys för olika plattformar. Den är fullt IPMI 2.0-kompatibel med DCMI och kan administrera funktioner som ström, kylning, lysdioder, händelser och watchdogs. OpenBMC erbjuder ett brett utbud av gränssnitt – från Remote KVM, SSH-baserad SOL och webb­baserade användargränssnitt, till REST- och D-Bus-baserade gränssnitt. Konstruktörer kan utnyttja hårdvarusimulering och automatiserat test. Och så finns slutligen i den senaste funktionsuppdateringen ett stöd för koduppdatering av multipla BMC/BIOS-paket. Vad gäller SP-X finns exempelvis en serveradministrationslösning kallad MegaRAC SP-X hos amerikanska AMI. Den baseras på

IPMI 2.0, DMTF Redfish, SMASH och Serial over LAN (SOL). Den stöder centrala servicefunktioner som hälsoövervakning, remote presence och avancerad automatisering. Det finns även en robustifierad produktversion av MegaRAC kallad OpenEdition som använder OpenBMC som firmware och har ett intuitivt, utbyggbart ramverk i en öppen arkitektur som inkluderar ovannämnda administreringsfunktioner. Både SP-X och Open­ Edition finns för alla de större BMC-SoC:erna och stöder följande plattformar: Intel/AMD x86, Arm64 (inklusive Ampere eMAG och Qualcomm) och IBM POWER 8/9. MegaRAC SP-X och OpenEdition hjälper till att ge COM-HPC RAS-administration (Reliability, Availability and Serviceability) via IPMI och Redfish. Det kommer att påskynda spridningen av COM-HPC över branschens alla vertikaler. Slutsatser Systembyggare har stor nytta av PICMG COM-HPC. Specifikationen är helt ny men utnyttjar väl de beprövade standarderna IPMI och Redfish för att innovera inom fjärradministration. Detta kommer säkerligen att sätta fart på godkännandeprocessen för PICMG: s nya COM-HPC-specifikation. n

29

NYA PRODUKTER

Första rfic:n i sitt slag är svensk n 5G-KRETSAR Den svenska rf-specialisten ­Sivers Semiconductors har lanserat två extremt integrerade 5G-kretsar med egenskaper utöver det vanliga. Tillsammans täcker de frekvensområdet från 24,26 GHz till 43,5 GHz och datahastigheter upp till 5Gbit/s.

Det är världens första rfictransceivrar med 32 lobformade kanaler, enligt Sivers Semiconductors. Båda stöder vertikal och horisontell polarisation och kan leverera data både som zero-IF eller mellanfrekvens. Flera transceivrar kan dessutom kopplas ihop i större matriser för längre räckvidd och högre prestanda.

Nykomlingarna TRB02801 och TRB03901 stödjer 24,5 GHz till 29,5 GHz respektive 37,0 GHz till 43,5 GHz, vilket innebär att de täcker de fem ­frekvensbanden n257, n258, n259, n260 och n261.

att den höga integrationsgraden gör att kretsarna kommer att bädda för både bättre och snabbare utbyggnad av 5G på de licensierade milli­ metervågsbanden. F Ö R E TAG E T M E N A R

Än högre effekt för industrin

n KRAFT Japanska Cosel – ägare av den svenska kraftspecialisten Powerbox – har utökar sin STMGF-plattform med två versioner om 80 W. De två DC/ DC-omvandlarna täcker samtliga industriella spänningar från 9 V till 76 V.

Nykomlingen STMGFS80 passar på samma yta som föregångaren, som enbart serverade 30W. Den kommer med anslutnings­plintar, utspänningspotentiometer, ingångsfilter och extra kondensatorer – den är alltså redo att användas. STMGFS80 finns i två modeller. STMGFS8024 med inspänningar från 9V till 36V, som passar 12- och 24V-system. STMGFS8048 med inspänning från 18V till 76V, som passar 24Voch 48V-system. De går att få med fyra utspänningar som kan justeras med en potentiometer på moderkortet: 3,3V/18A, 5V/16A, 12V/6,7A och 15V/5,4 A. Omvandlarna har en kontakt för fjärr-on/off, med negativ

30

– En fullt integrerad rfic innebär att mycket färre komponenter krävs, vilket sänker kostnaden och höjer kvalitén. Det här är kritiska parametrar vid utformning av till exempel CPE eller small cell-basstationer, säger Anders Storm, vd på Sivers Semiconductors. CPE är kort för Customer Premises Equipment, och en enhet som man installerar i hemmet. Där kopplas den till 5G-nätet och erbjuder upp till gigabithastighet via trådlöst bredband. För att förenkla både kalibrering och design erbjuder före-

taget moduler som kombinerar transceiver med antenn. De två rf-modulerna, BFM02801 och BFM03901, täcker alla licenserade band för 5G mmWave. P R O V E X E M P L A R av modulerna kommer att finnas tillgängliga under årets sista kvartal, medan de första produktionsexemplaren kommer under andra halvan av 2022. ANNA WENNBERG

anna@etn.se

Minsta effektmodulen för elbilar

logik som standard. Positiv logik går att få på begäran, option R. Typisk verkningsgrad är 92 procent. Optimerade för konvektionskylning klarar omvandlarna drift från –20 °C till +70 °C. De har inbyggt skydd för överspänning och överström. Likaså uppfyller de säkerhetsnormerna UL62368-1 och C-UL EN623681, och uppfyller de europeiska RoHS, REACH och lågspänningsdirektiven. O M VA N D L A R N A har två monteringshål i basplattan som gör att de kan monteras direkt på ett chassi. Samtidigt finns en mängd optioner, där en innebär att de kan monteras på en DIN-skena. Andra optioner är plasthölje samt kombinationen DIN-fäste och plasthölje – dessa blir tillgängliga i början av Q2 nästa år. STMGFS80-serien är 52 × 29 × 117 mm med öppen ram och väger som mest 170 gram. Enheterna kommer med 5 års garanti.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

n ISOLERAD Texas Instruments har släppt vad företaget hävdar är den minsta och mest noggranna DC/DC-modul för drivning av IGBT:er och effekttransistorer i kiselkarbid, men även galliumnitrid. Siktet är ställt på distribuerad kraft i hybrid- och elbilar.

Det handlar om en isolerad DC/DC-modul som hanterar 24 V in och kan levererar upp till 1,5 W isolerade effekt. Den är certifierad för isolationsspänningen 3 000 Vrms. Tack vare en proprietär integrationsteknik har företaget lyckats packa en transformator och DC/DC-kontroller i en kapsel som upptar 12,8 × 10,3 mm och enbart är 3,55 mm hög. Kapacitansen mellan primäroch sekundärsida är 3,5 pF. Enligt TI är modulen minst sju millimeter lägre än minsta jämförbara alternativ. Det innebär i sin tur, enligt företaget, att modulens volym

är hela 50 procent mindre än alternativen. Tanken är att modulen ska finna en plats i hybrid- och elbilar, men också motordrivsystem och nätbundna växelriktare. Modulen UCC14240-Q1 har dubbla utgångar, och påstås vara dubbet så effektiv som en traditionell dito. Den levererar upp till 1,5W vid en omgivningstemperatur på 105 °C. Det betyder att den kan driva IGBT:er och SiC-transistorer – även GaN-transistorer nämns – vid höga switchfrekvenser. D E N H A R E T T A N TA L funktioner inbyggda och kräver minimalt med kringkomponenter. Här ingår bland annat skydd mot alltför låg och för hög inspänning, för hög temperatur samt justerbar isolerad positiv och negativ utspänning. UCC14240-Q1 kommer i en SOIC med 36 anslutningar och måttet enligt ovan. Än så länge finns modulen i så kallad pre-produktion och kostar 4,20 dollar styck vid köp om 1 000 exemplar. En modul för utvärdering – UCC14240Q1EVM-052 – finns också tillgänglig för konstruktörer.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

NYA PRODUKTER

Trådlöst kort på Pi:s styrkrets

Fyra funktioner i samma kisel n MEDTEK Nu har den första kretsen utvecklad av Maxim Integrated lanserats under Analog Devices namn. Det handlar om en strömsnål AFE som övervakar EKG, hjärtfrekvens, andning och syremättnad i blodet hos en person på språng.

Bara veckor efter att ­jätteaffären, där Analog Devices köper Maxim Integrated, gått i lås lanseras den första Maximprodukten under ADI:s logga. Det är en krets för medicinskt bruk, ett område Maxim är känt för och som nu väl kompletterar ADI:s portfölj. Lanseringen handlar om MAX86178, ett monolitiskt chip

som integrerar tre mätsystem: ett optiskt, ett EKG och ett för bioimpedans. Med det sistnämnda mäts vatteninnehåll i huden eller flödet i muskeln. T I L L S A M M A N S K A N D E tre mätsystemen enligt ADI användas för att synkroniserat mäta EKG, hjärtfrekvens, andningshastighet och syremättnad i blodet (SpO2), både stabilt och noggrant. I kombination med en liten antenn kan mätdata avläsas trådlöst. D E T H A N D L A R O M en AFE för kliniskt bruk. Den kommer kapslad i en WLP och upptar enbart 2,6 × 2,8 mm. Den lilla storleken är extremt viktig för att ryms i något som en person kan bära

med sig, exempelvis på jobbet, utan att det syns. Låg energiförbrukningen för att tillåta att mindre batterier används, alternativt att de ger längre batteritid, är också en detalj som ADI trycker på. Hur mycket ström kretsen drar beror dock på hur den används vid ett specifikt tillfälle. MAX86178 är nämligen konstruerat så att chippet kan ge varje delsystem konfigurerbara alternativ för att optimera batteriets livslängd för specifika användningsfall.

n INBYGGDA SYSTEM Invector Labs i Tomelilla släpper ett kort med stöd för NB-IoT och Cat M1. Hjärnan är den Cortex M0+-styrkrets vid namn RP2040 som Raspberry Pi-stiftelsen lanserade i början av året.

Kortet heter Challenger R2040 LTE. Utöver dubbel­ kärnan RP2040 har den 8 Mbyte flash och framför allt modulen Sara-R410M från uBlox, som står för uppkopplingen till LTE.

K R E T S E N L I K S O M en utvecklingsplattform, MAX86178EVKIT, finns att köpa. Inget pris anges.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

Användaren behöver bara trycka in ett SIM-kort så är kortet redo för att börja rapportera data över mobilnätet. Kortet är konstruerat för laddbar batteridrift med integrerad laddkrets och anslutning för ett LiPo-batteri.

En robot för elektronikproduktion n PRODUKTION Kortare cykeltider och högre kvalitet. Så presenterar ABB den uppdaterade monterings­ roboten IRB 920T Scara avsedd för elektroniktillverkning.

säger Antti Matinlauri på ABB i ett pressmeddelande. Roboten kan användas till en rad olika uppgifter, från att montera enstaka komponenter till att sätta ihop färdiga produkter.

– Tillsammans med ABB:s styr­ enhet Omnicore ingår IRB 920T i en ny generation robotlösningar från ABB som hjälper tillverkare att vara steget före de förändrade marknadskraven,

C YK E LT I D E N är 0,29 till 0,30 sekunder beroende på modell vilket gör IRB 920T snabbare än andra Scara-robotar i klassen och upp till 14 procent snabbare än föregångaren IRB 910SC Scara.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

När det gäller repeterbarheten ligger den på 0,01 till 0,02 mm beroende på modell och med en last på ett kilo. Den maximala nyttolasten är sex kilo och det finns tre modeller med en räckvidd på 450, 550 respektive 650 mm. Dessutom väger nykomlingen inte mer än 24 kilo vilket är 10 procent lättare än föregångarna.

L A D D N I N G E N S K E R antingen via USB-C eller kontakt­ listerna. Mjukvarustödet utgörs av Pi-stiftelsens egen utvecklingsmiljö C-SDK. Även Arduinomiljön och CircuitPython stöds. Challenger RP2040 LTE finns tillgänglig från och med idag. Invector Labs beskriver sig om ett litet elektronikdesignoch produktionsföretag beläget i östra Skåne. All tillverkning sker i egen regi i egna lokaler.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

PER HENRICSSON per@etn.se

31

NYA PRODUKTER

Arm och VW gör plattform för fordon n MJUKVARA Brittiska Arm och Volkswagen­ gruppen lanserar en mjuk­ varuplattform för framtidens fordon, som är uppkopplade och alltmer mjukvarudefinierade.

Den mjukvarudefinierade bilen har varit en ledstjärna i fordonsbranschen sedan nittiotalet. Nu är det åter dags under en arkitektur kallad Soafee, med fokus på molnet. Arkitekturen adresserar högnivåfunktioner som förar­ assistans, autonomi och multimedia. Men även drivlinan. De tre partners i Soafee som Arm lyfter fram är Amazon, Continental och Cariad, den sistnämnda är VW-gruppens dotterbolag för mjukvaruutveck-

ling för samtliga märken inom VW-gruppen. Amazon ska integrera molnfunktionalitet med fordonet, inklusive realtid och säkerhetskritiska system. De molnbaserade delarna av Soafee bygger vidare på en existerande kodbas från två tidigare projekt på Arm: Project Cassini och Systemready, kring molnkoncept som containrar och orkestrering. E N R E F E R E N S KO N S T R U K T I O N kal�lad Ava-AP1 finns för dig som vill kunna lasta hårdvara i bakluckan och börja experimentera med funktioner för cockpit, adas, drivlina och autonomi. Ava-AP1 är en Arm-baserad fordonsdator från taiwanesiska Adlink med kraft nog att ta sig

an fordonsfunktionalitet upp till självkörning. Datorn innehåller en 32- eller 80-kärnig Armprocessor (Ampere Altra), 96–768 Gbyte RAM och upp till två Nvidiagrafikprocessorer på 300 watt styck. Den har även IO för anslutning till skarpa sensorer plus en extra krets för säkerhetskritisk övervakning. Ubuntu Linux 20 är förinstallerad. Listan på partners i ­projektet är lång. Den domineras av

Snabb Cortex M33 från Renesas

Alla medlemmar av Renesas RA-familj, inklusive den nya gruppen RA6E1.

mjukvaruföretag, varav flertalet baserar sin utveckling på öppen källkod. På listan finns även Zing Robotics som utvecklar skräddarsydda autonoma fordon på en fyrhjulig egen plattform och Woven Planet som är ett nybildat mjukvarudotterbolag till Toyota. Ensamt om en ren hårdvaruvinkel är Marvell, som levererar Ethernetkomponenter för fordon. JAN TÅNGRING

jan@etn.se

n STYRKRETSAR Sex nya medlemmar i Renesas styrkretsfamilj RA är klockade i över 200 MHz, vilket ger dem en prestanda på nära fyra Core­Mark/MHz när de exekverar från flashminne.

IoT-tillämpningar som behöver göra mycket beräkningar är ett exempel på ett passande tillämpningsområde. De ska även ha en mycket låg strömförbrukning. RA6E1 heter den nya ­gruppen, som är baserad på Arms styr­ krets-cpu Cortex M33. De sex varianterna har 256 kbyte SRAM, 48 till 100 ben och 512 eller 1024 kbyte flash. Bland gränssnitten hittar vi Can, Ethernet med MAC, USB 2.0 FS, SCI, I2C, SPI, SSI, SDHI och QSPI. Cybersäkerheten hanteras av Arm Trustzone. De är kompatibla med 250 referenskonstruktioner – av Renesas kallade ”Winning Combinations” – som kombinerar styrkretsen med andra komponenter. Exempel är en fingeravtryckssensor och molngatewaymodul. Alla sex finns att beställa nu. För ett lockpris på 20 dollar får du prototypkortet FPB-RA6E1 för utvärdering, inklusive onchip-debugger. Se figur för Renesas kompletta RA-familj, inklusive den nya gruppen RA6E1. JAN TÅNGRING jan@etn.se

32

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

NYA PRODUKTER

Risc V på säkerhetskritiskt rtos n STÖD Nu kan säkerhetskritiska system köras på den öppna arkitekturen Risc V. Det deklarerar amerikanska Green Hills Software efter att ha meddelat stöd för sitt realtidsoperativsystem Integrity och dess utvecklingsverktyg.

Kompakt kondensator från TDK n PASSIVT En serie mycket kompakta kondensatorer ämnad att undertrycka brus är vad japanska TDK just släppt. Serien ingår i företagets Epcos-portfölj.

Det handlar om filmkondensatorer med kapacitanser från 33nF till 1µF som är klassade för växelspänningen 275V. Kondensatorerna kommer i ett mycket kompakt format där storleken varierar mellan 4,0 × 9,0 ×13,0 mm och 10,5 × 16,5 × 26,5 mm, där den minsta har lägst kapacitans. Enheterna klarar en arbetstemperatur upp till 110 °C, de är UL- och EN-godkända samt certifierade enligt IEC 60384-14:2013. Den nya serien siktar på en plats i hushållsapparater och konsumentelektronik.

Stödet gäller Integrity, utvecklingsmiljön Multi och hårdvaruproben v4. Integrity har använts sedan det lanserades 1998 för att utveckla säkerhetskritiska inbyggda system certifierade för bland annat fordon, flygplan, järnväg, avlyssningssäkra mobiler och kirurgiska instrument. Rtoset Integrity stöder till att börja med tre Risc V-familjer från den ledande IP-leverantören Sifive, där en av Risc V:s upphovsmän, Yunsup Lee, är teknikchef. Han kallar Green Hills lansering för ”ett spännande steg framåt för Risc V och Sifive”. – Marknaden för Risc V-baserade lösningar inom pålitliga system växer snabbt och stödet från Green Hills Software och dess djupa erfarenhet ­kommer att skapa möjligheter för

Opertativsystemet Integrity, utvecklingsverktyget Multi och Green Hills Probe kan användas för att utveckla säkerhetskritiska system på Risc V-processorer.

Performance, Intelligence och Essential – våra Risc V-baserade IP-familjer. E N A N N A N S TO R A K TÖ R som stöder Green Hills lansering är Microchip vars FPGA Polarfire har två hårda Risc V-kärnor. Tim Morin på Microchip beskriver Green Hills stöd för Risc V som ”en viktig milstolpe” för Polar­fires Risc V-kärna Mi V. – Det kommer i högsta grad att göra det möjligt för våra ge-

mensamma kunder att innovera kring denna öppna, fria instruktionsuppsättning. Om du vill testa undersöka plattformen så kan Integrity, Multi och Probe v4 användas i utvecklingskorten PolarFire Icicle Kit och HiFive Unmatched från Microchip respektive Sifive. Green Hills minimala rtos µ-velosity stöder Risc V sedan i december i fjol. JAN TÅNGRING jan@etn.se

Du kan köra Integrity på utvecklingskorten PolarFire Icicle Kit och HiFive Unmatched från Microchip respektive Sifive.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

Intels FPGA:er får mjuk Risc V n IMPLEMENTATION Intels mjuka processorkärna Nios II får nu sällskap av Nios V, företagets implementation av öppenkods­ processorn Risc V.

Nios är en familj av små, konfigurerbara processorkärnor som körs i FPGA:ernas logikblock och hanterar enklare ­uppgifter. Intel har sedan länge den egen­ utvecklade 32-bitarskärnan Nios II och nu adderas alltså en implementation av Risc V.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Det handlar om instruktionsuppsättningen RV32IA med en femstegspipeline och en AXI4buss för kommunikation med andra block på kretsen. I M P L E M E N TAT I O N E N fungerar på FPGA-familjerna Cyclone10, Arria 10, Stratix 10 och Agilex. Nios V kommer med utvecklingsverktyget Quartus Prime Pro Edition Software i version 21.3 eller senare.

PER HENRICSSON per@etn.se

33

NYA PRODUKTER

Knowles vill stoppa ljud i allt Ett trådlöst kontaktdon

n UTVECKLINGSPAKET Mikrofonkändisen Knowles har lanserat ett utvecklingspaket runt Raspberry Pi tänkt för att snabbare addera ljud till IoT-prylar. Det beskrivs som ett verktyg för att effektivt konstruera och testa röst- och ljudfunktioner i olika tillämpningar.

Knowles är känt för sina avancerade mems-mikrofoner och -högtalare. Nu har företaget släppt ett utvecklingspaket som det hävdar binder ihop all hårdvara, nödvändigt öppen mjukvara samt algoritmer som behövs för att utveckla, testa och felsöka röst- och ljudfunktioner i IoT-tillämpningar. Tanken är att utvecklingspaketet ska användas för att ta fram tillämpningar för bland annat smarta hem, smarta byggnader samt för att addera säkerhet i byggnader/bostäder. PA K E T E T Ä R BYG G T kring audioprocessorn Knowles AISonic IA8201 för edge-tillämpningar som Knowles släppte för drygt två år sedan. Den är baserad på

n FÖRBINDNING Full duplex med 6 Gbit/s över ett par centimeter, det är vad Rosenbergers och ST Microelectronics nya ”kontaktdon” levererar. Istället för en mekanisk förbindelse handlar det om en Bluetoothliknande lösning tänkt för industri- och medicintekniska produkter.

två DSP-kärnor från Tensilica optimerad för audio: den ena för effektslukande beräkningar och AI/ML-tillämpningar, den andra för mycket energisnåla sensoringångar som alltid är vakna. Ombord ryms även 1 Mbyte RAM. Utvecklingspaketet, som även innehåller ett mikrofon-kort, har fått det långa namnet ”Knowles AISonic IA8201 Raspberry Pi Development Kit”. Här ingår också ett bibliotek med audiooch AI/ML-algoritmer. Likaså har Knowles partnerskap med

exempelvis Amazon Alexa, Sensory, Retune och Alango, vilket öppnar för konstruktion av en mängd skräddarsydda röstoch ljudanpassningar. S TÖ D F I N N S för TensorFlow Lite-SDK, vilket enligt Knowles bäddar för snabb utveckling av prototyper och produkter kring ML och AI. Utvecklingspaketet går att köpa av Knowles, som även erbjuder stöd i samband med köp.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

Liten radar som känner närvaro n RADARSENSOR Lundaföretaget Acconeer – som utvecklat en radarsensor med hög precision – utökar sortimentet med en radarmodul för närvarodetektion. Den blir snäppet enklare och energisnålare än den modul som företaget släppte förra året.

För nästan precis ett år sedan lanserade Acconeer sin tredje radarmodul kallad XM132. Den innehåller en Cortex M0 och är företagets hittills enklaste och mest energisnåla version. Nu säger företaget att XM132 rönt så pass stort intresse att det planerar för en mindre och billigare familjemedlem, döpt till XM131. Planen är att den ska finnas tillgänglig under första halvan av nästa år. XM131 blir optimerad för närvarodetektion. Modulen får en lödbar konstruktion, där

34

radarsensorn A111 kombineras med en Cortex M0 och matas med 1,8V. Genom att bara tillåta 1,8V kan antalet komponenter minimeras, vilket minskar kostnad och storlek. R E D A N N Ä R XM132 introducerades valde Acconeer att optimera prestanda genom att förse radarmodulen med mjukvara som är skräddarsydd för specifika användningsfall.

Redan nu kan du starta din utvärdering på XM132 (bild) för att övergå till XM131 när den kommer nästa år.

För XM131 innebär det att modulen lanseras med en mjukvara som är speciellt utvecklad för närvarodetektering, vilket gör att den kör en specifik modulserver och har ett eget SDK. Det betyder att XM131 exempelvis kan användas för att upptäcka personer i ett rum eller för att aktivera väcknings- och låsfunktioner för olika enheter. F Ö R D E M S O M V I L L använda XM131 när den kommer nästa år går det att redan nu starta utvärdering på XM132. På så sätt går det, enligt Acconeer, att vara redo för produktion strax efter det att den nya radarmodulen lanserats nästa år. XM131 leverera på rulle, så kallad tape-and-reel, vilket bäddar för billig massproduktion. Inget pris nämns.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

Genom att ersätta den mekaniska kontakten med trådlös korthållskommunikation elimineras problem med rörelser, vibrationer och rotation men också fukt och damm som kan orsaka avbrott i kontaktdon, skriver företagen. Produkten har döpts till Roproxcon och baseras på ST:s rf-transceiver för 60 GHz-bandet. Den förbrukar ungefär lika mycket effekt som en Bluetoothlänk men ger upp till 6,25 Gbit/s i en punkt-till-punktförbindelse över några centimeter. Transceiverkretsen kommer i en kapsel på 2,2 × 2,2 mm och är specificerad över temperaturområdet –14 till +105 °C. Effektförbrukningen är 70 mW. Kretsen ansluts till lämplig antenn beroende på tillämpning. Motsvarande konfiguration gäller för mottagaren. PER HENRICSSON per@etn.se

Skräddarsydd mekanik för elektronikprodukter.

www.blomdahls.com

ELEKTRONIKTIDNINGEN 10/21

Svensk Elektronik, i världsklass, först in i framtiden! Halvledarbristen Komponentbristen av halvledare har drabbat elektronikbranschen, vilket kanske tydligast märkts när fordonstillverkare måste stänga produktionen, men våra medlemmar kämpar dagligen för att söka lösa leveranser och hantera de förseningar som bristen skapat. Svensk Elektronik har agerat och ly frågan i både radio och tv. I ljuset av halvledarekrisen och den industriella transformeringen av mobilitets- och transportsektorn från mekanik till elektronik, har Svensk Elektronik inlett diskussioner med Fordonskomponentgruppen (FKG) kring ett samarbete i sy e att bilda opinion.

Elektronikmässan Elektronik i Stockholm 6–7 april 2022 Du har väl inte missat att du som medlem i Svensk Elektronik har 15% på monterkostnaden på Elektronikmässan 2022? Äntligen kan vi träffas igen, som vi har längtat! Och vi är inte ensamma, hela branschen längtar e er fysiska möten och hallkartan fylls upp snabbt. Passa på och boka din monter på Elektronikmässan med vårt exklusiva erbjudande till medlemmar i Svensk Elektronik. Elektronikmässan är årets händelse inom elektronikbranschen, detta vill ni inte missa!

Se till att bli medlem och ta del av våra förmåner – tillsammans skapar vi förutsättningar!

Kurser i Smartare elektronikhandboken 2.0 Under våren har vi hållit kurser digitalt månadsvis. Vi planerar nu för en fysisk kurs i början av december i Skaraborg. Vem har nytta av denna kurs? Denna kurs passar dig som o a kommer i kontakt med elektronik. Din roll kan t.ex. vara; utvecklare, tillverkare, kvalitetsansvarig, inköpare, produktledning etc. Oavsett om du har lång eller kort erfarenhet av branschen, så har du mycket att hämta här. På kursen går vi igenom Elektronikhandboken 2.0 med sina mallar, checklistor och bilagor. Kursen leds av Mats Andersson och Maria Månsson, Svensk Elektronik och är kostnadsfri för föreningens medlemmar. Anmäl gärna intresse till info@svenskelektronik.se

KALENDARIUM 29 oktober SCIP – Att göra en SCIP-anmälan, kl. 08.30–10.00. 25 november Höstmöte – reservera e ermiddagen. Vi planerar för ett hybridmöte. 30 november SCIP – Så informerar du om kemikalieinformation nedströms, kl. 08.30–10.00. 17 december SCIP – Frågor och svar på höstens utbildningar, kl. 08.30–10.00.

SCIP- Nya utbildningstillfällen Vårens succé-utbildningar i SCIP – Substances of Concern In articles as such or in complex objects – har fortsatt under hösten. Notera gärna datumen redan nu, se kalendarium – anmälningslänk till respektive utbildningstillfälle kommer att publiceras på vår hemsida under hösten samt mailas till medlemmar i Svensk Elektronik.

Grön Elektronik – En möjlighet för framtiden Svensk Elektronik har tillsammans med forskningsinstitutet RISE inlett ett samarbete som sy ar till att bygga kompetens för grönare elektronik. Samarbetet avser samla Sveriges aktiviteter rörande uthållighetsutmaningar involverade i tillverkning, användning och avfallshantering av elektronik.

Tillsammans skapar vi branschens framtid. Ditt företag är väl med? Ett medlemskap i Svensk Elektronik stärker dig och ditt företag. www.svenskelektronik.se info@svenskelektronik.se

6–7 april 2022 Elektronik i Stockholm, Kistamässan. svenskelektronik.se/ kalendarium

Vi på Svensk Elektronik önskar er en fortsatt lärorik och framgångsrik höst!

Peter Björkholm Svensk Elektronik

POSTTIDNING B Returadress: Elektroniktidningen Folkungagatan 122, 4 tr 116 30 Stockholm

THE NEXT GENERATION OF MOBILE RADIO TESTING - R&S®CMX500 Designed to cover all test applications in 5G. ► 5G NR signaling test in FR1 and FR2 frequency bands ► Modular and scalable HW-architecture ► Support of stand-alone mode / non-stand-alone mode ► Web-based user interface for RF-, functional-, application- and protocol test ► Upgrade options for your existing LTE setup by R&S®CMX500 5G signaling support www.rohde-schwarz.com/product/cmx500