Úvod

  • 4 min

Sestavování a spouštění aplikace na IoT (Internet věcí) zařízeních mikrořadičů může být poměrně náročné. Překážky mohou být různé – od komplikovanosti vývoje až po bezpečné zachycení a přenos dat na server.

Azure Sphere umožňuje vytvářet řešení IoT, která jsou ve výchozím nastavení zabezpečená, a vy máte jistotu, že je chráněné vaše zařízení, vaše aplikace i data během přenosu.

Aplikace můžete sestavovat pomocí sady Visual Studio nebo Visual Studio Code, případně je integrovat s existujícími sadami nástrojů v systémech Windows a Linux. Vývojová prostředí pro Visual Studio a Visual Studio Code poskytují integrované ladicí programy mikrořadičů a úplnou správu zdrojového kódu, jakož i nástroje pro spolupráci a produktivitu.

Co je Azure Sphere

Azure Sphere je komplexní řešení zabezpečení IoT – včetně hardwaru, operačního systému a cloudových komponent – k aktivní ochraně vašich zařízení, firmy a zákazníků.

Azure Sphere se skládá z následujících komponent:

  • Certifikované čipy Azure Sphere od hardwarových partnerů mají integrovanou technologii zabezpečení Microsoftu, která nabízí připojení a spolehlivý hardwarový důvěryhodný kořenový certifikát.
  • Operační systém Azure Sphere přidáním vrstvy ochrany a průběžné aktualizace zabezpečení vytváří důvěryhodnou platformu pro nové prostředí IoT.
  • Služba zabezpečení Azure Sphere zprostředkovává důvěryhodnou komunikaci zařízení-cloud, detekuje hrozby a obnovuje zabezpečení zařízení.

Dohromady tyto komponenty implementují sedm vlastností vysoce zabezpečených zařízení.

Azure Sphere end-to-end.

Architektura Azure Sphere

Mikrořadič (MCU) Azure Sphere má tři jádra přístupná pro vývojáře – Cortex-A7, na kterém běží jádro Linuxu, a dvě jádra Cortex-M4, která umí spustit holý kód nebo operační systém v reálném čase, jako je například Azure RTOS nebo FreeRTOS.

Aplikace vysoké úrovně běžící na linuxovém jádru Cortex-A7 se používají pro úkoly méně náročné na časování, jako je vytváření síťových připojení, zajišťování zabezpečení, aktualizace stavu zařízení, komunikace s aplikacemi jádra v reálném čase a posílání zpráv telemetrie do cloudových bran, jako je IoT Hub.

Azure Sphere architecture.

Vývojářské nástroje

Aplikace Azure Sphere můžete vyvíjet v systémech Windows a Linux. Ve Windows můžete použít buď sadu Visual Studio 2019 nebo novější (bezplatné vydání Community Edition nebo vyšší) nebo Visual Studio Code. V systému Linux se používá Visual Studio Code. Můžete souběžně vyvíjet a ladit aplikace provozované na všech třech jádrech.

V tomto výukovém modulu se soustředíme na vývojáře v systémech Linux a Windows, kteří používají Visual Studio Code. Pokud jste uživatelem Windows a používáte aplikaci Visual Studio, použijte Visual Studio a vezměte na vědomí, že snímky integrovaného vývojového prostředí, které jsou součástí tohoto modulu, se budou lišit.

Monitorování a řízení prostředí laboratoře pro citlivé mikrobiologické experimenty

Předpokládejme, že jste vědec v mikrobiologické laboratoři, který je zodpovědný za ukládání vzorků z testů. Chcete vytvořit systém, který bude v reálném čase monitorovat prostředí kolem laboratorního vybavení. Tento systém bude monitorovat následující podmínky v místnosti:

  • Tlak
  • Teplota
  • Vlhkost

Tyto hodnoty byly dříve v pravidelných intervalech ručně zaznamenány laboratorními asistenty pomocí senzorů. Ruční zaznamenávání okolních podmínek je únavná práce, při které může navíc dojít k lidské chybě. Jakékoli problémy se senzory by zneplatnily testy provedené v laboratorním prostředí.

Pro práci v laboratoři je zásadní udržování přesných podmínek v místnosti. Laboratoř musí udržovat správné podmínky, aby bylo možné dosáhnout přesnějších výsledků. Jakákoli změna podmínek může ovlivnit teplotu laboratorního vybavení během skladování vzorků a laboratorního vybavení a manipulace s nimi. To by mohlo mít dopad na schopnost dosahovat správných a stabilních výsledků a také to může ekonomicky ovlivnit danou organizaci.

Návrh nového systému

Návrh nového systému musí zohledňovat následující:

  • Senzory budou v testovacím prostředí na několika místech.
  • Systém musí být zabezpečený proti útokům, protože některé experimenty jsou komerčně citlivé a nákladné.
  • Tyto senzory budou v definovaných intervalech automatizovat odečet tlaku vzduchu, teploty a vlhkosti.
  • Data senzorů ze zařízení budou bezpečně přenášena za účelem analýzy trendů dat.
  • Systém umí řídit jednotku topení, ventilace a klimatizace (TVK), aby mohl automaticky přizpůsobit prostředí podle požadavků na laboratorní experimenty.
  • Systém je dostatečně flexibilní pro podporu budoucích citlivějších laboratorních senzorů.

Řešení musí být postavené na platformě IoT, která je vysoce zabezpečená a chráněná před útoky a softwarovými chybami. Kromě toho systém dokáže spustit alarm nebo aktivovat odeslání výstražné zprávy příslušné oprávněné osobě, když některý z definovaných parametrů přesáhne rozsah prahových hodnot.

The illustration shows an Azure Sphere dashboard based on scenario.

Cíle výuky

V tomto modulu:

  • Vytvoření aplikace Azure IoT Central
  • Konfigurace aplikace Azure Sphere pro Azure IoT Central
  • Sestavení a nasazení aplikace Azure Sphere
  • Zobrazení dat prostředí na řídicím panelu Azure IoT Central
  • Řízení aplikace Azure Sphere pomocí vlastností a příkazů Azure IoT Central
  • Nasazení nového citlivějšího prostorového senzoru do jádra Azure Sphere v reálném čase běžícím na Azure RTOS
  • Čtení dat z nového senzoru běžícího na jádru v reálném čase a odesílání těchto dat do IoT Central

Předpoklady

  • Sada Azure Sphere
  • Nainstalovaný nástroj Visual Studio Code na vašem počítači
  • Znalost práce s nástrojem Visual Studio Code
  • Nainstalovaný Git na vašem počítači
  • Znalost práce s Gitem/GitHubem
  • Základní znalost Azure Sphere
  • Základní znalost Azure IoT