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Congatec a développé une définition de l’Industrie 4.0 pour ses modules COM Express afin que les fabricants de machines et les bâtisseurs d’usines puissent aisément fournir cette connectivité.
L’Industrie 4.0 associe les technologies informatiques modernes et les technologies de communication aux processus, appareils et produits industriels. Ce qui signifie que ces processus, appareils et produits doivent soit intégrer ces technologies, soit y accéder.
À ce jour, de nombreux appareils ou 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 cyber-virtuels qui convertissent les bits et les octets dans le big data que promettait 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 Industrie 4.0. Actuellement, iln’ existe aucune carte embarquée offrant une intégration standard des interfaces sans fil industrielles.
Les OEM qui ont choisi les standards Computer-on-Module (COM) à cause de leurs besoins spécifiques en interfaces bénéficient désormais de sérieux avantage de la conception modulaire. Des emplacements de cartes SIM ou un emplacement Mini-PCIe pour accueillir les cartes d’expansion SIM sont relativement simples à intégrer dans des cartes porteuses.
Les standards de connectivité majeurs comme le WiFi, Bluetooth, ZigBee, SIM, RFID et NFC peuvent être directement intégrés ou via des cartes d’expansion Mini-PCIe sur la carte porteuse.
Le standard COM Express convient particulièrement aux applications Industrie 4.0 car il n’est pas uniquement optimisé pour le monde industriel : il convient aussi à beaucoup d’autres solutions embarquées. De plus, la plupart des réalisations OEM industrielles utilisant le COM sont actuellement basées sur cette spécification. Le COM Express prend aussi en charge toutes les principales interfaces x86, couvre une large plage de performances allant d’un Intel Atom x86 basse consommation ou d’un SoC 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 du PICMG 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 sont : 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, COM Express Mini (84 mm x 55 mm) en 2012.
Mentionnons 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 ou des communications de l’Internet des Objets.
La spécification COM Express apporte les briques de base indispensables au développement de réalisations embarquées Industry 4.0. Une tâche importante est la régulation des échanges de communications et de données dans les applications Industrie 4.0. De nombreux points, par exemple concernant la gestion des stocks, de la santé et de la maintenance, sont en principe couverts par la spec EAPI, comme la gestion GPIO. 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 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.
En ajoutant une protection au niveau leur propre application, par exemple via un moteur de cryptage hardware, les développeurs peuvent également protéger leur code contre tout acte de piratage ou toute mauvaise utilisation. 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’un hardware fiable et d’un package logiciel complet, démarrant au niveau du firmware et du système d’exploitation, forme une base de confiance pour tout type d’applications 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 voie pour la conception de cartes porteuses. 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 du module industriel.
