Les modules COM se mettent au service de l'industrie 4.0

Le 01/12/2015 à 14:00  

L 'industrie 4.0 associe les technologies informatiques modernes et les technologies de communication aux processus, appareils et produits in dustriels.Ce qui signifie que ces derniers doivent soit intégrer ces technologies, soit y accéder. A ce jour, de nombreux appareils et machines industriels fonctionnent déjà ou sont pilotés via des systèmes informatiques embarqués. Cependant, jusqu'à 85% n'ont pas d'interface de communication avec les systèmes cloud cybervirtuels qui convertissent les bits et les octets dans le big data . Or, il s'agit de l'une des briques de base de l'industrie 4.0.

Sur l'appareil, la machine ou l'usine, les développeurs d'applications OEM appellent souvent à une migration des systèmes informatiques embarqués vers des systèmes embarqués connectés. Il faut pour cela une plate-forme informatique embarquée qui soit également capable de maîtriser les tâches de communication telles que celles rencontrées dans l'industrie 4.0. Or, actuellement, il n'existe aucune carte embarquée offrant une intégration standard des interfaces sans fil industrielles. Les OEM, qui ont choisi les standards Computer-on-Module (COM) du fait de leurs besoins spécifiques en interfaces, bénéficient désormais des sérieux avantages de la conception modulaire. Des emplacements de cartes SIM ou un emplacement mini-PCI Express (PCIe) pour accueillir les cartes d'expansion SIM sont relativement simples à intégrer dans des cartes porteuses. Les standards de connectivité majeurs tels queWi-Fi, Bluetooth, ZigBee, SIM, RFID et NFC peuvent être associés directement ou via des cartes d'expansion Mini-PCIe à la carte porteuse.

Vision schématique de l'industrie 4.0

A l'heure où le concept d'industrie 4.0 est de plus en plus pris en considération par les différentes filières industrielles, on constate qu'actuellement environ 85%des systèmes embarqués industriels sont encore autonomes, sans connectivité compatible industrie 4.0.

Le concept modulaire COM Express, avec le module COM Express Compact équipé d'un processeur Intel Core de 5 e génération et d'une carte porteuse, permet d'offrir une connectivité compatible industrie 4.0 à des équipements industriels qui n'en sont pas dotés.

COM Express pour industrie 4.0

Le standard COM Express convient particulièrement aux applications dites industrie 4.0 car il n'est pas uniquement optimisé pour le monde industriel;il est aussi adapté à beaucoup d'autres solutions embarquées. De plus, la plupart des réalisations OEM industrielles utilisant le standard COM sont actuellement basées sur cette spécification. Le standard COM Express prend aussi en charge toutes les principales interfaces x86, couvre une large plage de performances grâce à l'utilisation possible d'une gamme importante de processeurs allant du modèle Intel Atom x86 basse consommation ou d'un SoC ( System on Chip , système sur puce)AMD embarqué série G jusqu'aux processeurs Intel Core, offrant ainsi une sécurité maximum grâce aux signaux différentiels et aux connecteurs hautes fréquences robustes. Le premier standard de module COM du PICMG ( PCI Industrial Computer Manufacturers Group ) a été annoncé en 2005 en trois tailles (standard, compact et mini) et a depuis évolué jusqu'à sa version actuelle 2.1. Les principales étapes franchies concernent l'annonce des spécifications de broches Type 6 et Type 10 (incluant USB 3 et DDI) et l'adoption officielle du format de la taille d'une carte de crédit –le COM Express Mini (84x55mm)– en 2012. A ce stade, il est important de mentionner deux sources d'information extrêmement utiles pour les concepteurs: le Carrier Design Guide, qui explique en détail le développement d'une carte porteuse, et la spécification EAPI ( Embedded Application Programming Interface ) qui explique comment utiliser les cartes. Ce niveau de standardisation doit être encore développé et discuté sur bien des points de l'industrie 4.0, du M2M (communications machine à machine) ou des communications liées à l'Internet des objets.

Communications unifiées et standardisation de la passerelle

La spécification COM Express apporte les briques de base indispensables au développement de réalisations embarquées compatibles industry 4.0. Une tâche importante est la régulation des échanges de communications et de données dans ces applications. De nombreux points, par exemple concernant la gestion des stocks, de l'état et de la maintenance, sont en principe couverts par la spécification EAPI, comme la gestion des interfaces GPIO ( General Purpose Input/Output ). Cependant, des éléments supplémentaires sont nécessaires pour développer des passerelles industrie 4.0 fiables.

Des fabricants comme Intel ont identifié ce problème et ont investi des ressources pour créer les Intel Gateway Solutions pour l'Internet des objets. Il s'agit d'un package logiciel sous Linux validé par Intel, Wind River et Intel Security (ex-McAfee) qui permet aux OEM d'accéder à un jeu de fonctions pour la connectivité, la communication et la gestion des appareils embarqués. Ce package comprend McAfee Embedded Control, qui entre autres, intègre une liste blanche dynamique pour éviter l'exécution de code non approuvé, alors que, dans le même temps, il permet de faire des mises à jour de procédures. Un tel logiciel intégré représente une solution complète jusqu'au niveau du système d'exploitation.

Protection de l'IP

En ajoutant une protection au niveau de leur propre application, par exemple via un moteur de cryptage matériel, les développeurs peuvent également protéger leur code contre tout acte de piratage ou toute mauvaise utilisation. Par exemple, la puce Sentinel HL de Gemalto (anciennement SafeNet) peut être intégrée sur la carte porteuse COM Express pour apporter ce qui est actuellement le plus haut niveau de protection contre les attaques malveillantes comme le DPA ( Differential Power Analysis ) et le reverse engineering en utilisant la microscopie électronique.

Pour intégrer les interfaces et appareils personnalisés considérés en général comme des périphériques par les experts informatiques, les OEM auront besoin de nombreuses fonctions additionnelles sur leurs réalisations COM Express. L'association d'une solution matérielle fiable et d'un package logiciel complet, démarrant au niveau du firmware et du système d'exploitation,forme une base de confiance pour toute application de type industrie 4.0 et Internet des objets.Toutefois, il revient au développeur du matériel d'intégrer toutes les fonctions souhaitées dans son projet. L'accès aux spécifications appropriées et aux guides de conception aide considérablement dans la phase de conception. En définissant le COM Express Industrie 4.0, Congatec apporte une nouvelle dynamique au COM Express et montre la voiepourlaconceptiondecartesporteuses pour ce type d'applications. L'objectif est d'offrir une alternative aux solutions propriétaires pour la connectivité industrie 4.0 et d'augmenter l'influence du COM Express en développant la spécification et en en faisant le standard de référence du module industriel.