Arduino Portenta H7

Voor professionele toepassingen

Farnell liet ons onlangs weten dat ze aan hun leveringsprogramma single board computers de Portenta H7 hebben toegevoegd. Dit is de nieuwste Arduino die zich richt op de groeiende vraag naar professionele low-code modulaire hardwaresystemen ter ondersteuning van IoT-ontwikkeling. Kortom een Arduino voor industrieel gebruik.

Wat de waarde van Arduino’s is voor de ontwikkeling van elektronica, vraagt geen nadere uitleg. Wel wordt het platform nog altijd beschouwd als iets voor de hobbyist. Daar is in ieder geval een einde aan gekomen, want de nieuwe serie Arduino’s, de serie Portenta, is ontwikkeld voor de professionele markt.
Het eerste lid van de familie, de Arduino Portenta H7-module (afbeelding 1), bevat alles wat nodig is om aan de slag te gaan met de ontwikkeling van IoT-hardware, inclusief een crypto-authenticatiechip en communicatiemodules voor Wifi, Bluetooth Low Energy en LTE, evenals Narrowband IoT. De combinatie van prestatie en flexibiliteit maakt het bord geschikt voor toepassingen waar prestaties cruciaal zijn, zoals hoogwaardige industriële machines, laboratoriumapparatuur, PLC’s, gebruikersinterfaces, robotica, bedrijfskritische apparaten en speciale stationaire computers.

Wat zit er in
Portenta H7 beschikt over een dual-core ARM Cortex-M7 en Cortex-M4 die werken op respectievelijk 480 MHz en 240 MHz. Beide zijn in staat om code op hoog niveau uit te voeren, zoals protocolstacks, machine learning of zelfs geïnterpreteerde talen zoals MicroPython of JavaScript, samen met lage -niveau real-time taken. Hij heeft dezelfde afmetingen als de Arduino MKR. Dit betekent dat alle bestaande industrieel MKR-shields kunnen worden gebruikt bij dit nieuwe platform (afbeelding 2). Doordat het een Arduino is kan hij natuurlijk programma’s die geschreven zijn in standaard Arduino-code gewoon draaien. Daarnaast kan hij Python-code en Javascript uitvoeren.

De gebruikte processor is de STM32H747XI, een dubbele Cortex-M7 + M4 32bit Low Power Arm MCU. Voor contact met de buitenwereld beschikt de module over een stukje elektronica waarmee het mogelijk is om tegelijkertijd te communiceren via Wifi en Bluetooth. De Wifi-interface kan worden gebruikt als een accespoin of als een dual mode simultane AP/STA en kan een overdrachtssnelheid tot 65 Mbps aan. De bluetooth-interface ondersteunt Bluetooth Classic en BLE. Verder beschikt de module over een 10/100 Ethernet-poort en een hoge snelheid USB-poort.
Op de print is plaats voor maximaaal 64 MByte SDRAM, en 128 MByte QSPI Flash-geheugen. Verder kan hij video’s weergeven via de USB-C-poort en heeft hij een NXP SE050C2 Crypto chip aan boord voor versleuteling van data.
De GPIO-aansluiting is bij de Portenta-familie op een nieuwe manier uitgevoerd. Voor dit doel zijn er twee 80-pins connectoren met hoge dichtheid aan de onderkant van de print geplaatst. De 160 aansluitingen bieden heel veel flexibiliteit voor het aansluiten van extra hardware (afbeelding 3).
De module is geschikt voor een bedrijfstemperatuur van -40 °C tot +85 °C. Daarbij moet opgemerkt worden dat dit is zonder de draadloze communicatiemodule te gebruiken. Wordt die wel ingezet dan bedraagt het temperatuurbereik -10 °C tot +55 °C.

Twee in één
Doordat de Portenta H7 twee aparte processorkernen heeft, kan hij tegelijkertijd code op hoog niveau uitvoeren samen met realtime taken. De twee processors voeren hun taken namelijk parallel uit. Het is bijvoorbeeld mogelijk om Arduino-gecompileerde code samen met MicroPython-code uit te voeren en beide kernen met elkaar te laten communiceren.
De twee kernen communiceren via een Remote Procedure Call-mechanisme dat het oproepen van functies op de andere processor naadloos mogelijk maakt. Beide processors delen alle in-chip randapparatuur.
Portenta kan processen uitvoeren die zijn gemaakt met TensorFlow Lite. Hiermee kunt u een van de kernen een computer-vision-algoritme laten berekenen, terwijl de andere low-level bewerkingen kan uitvoeren, zoals het besturen van een motor of voor een gebruikersinterface.
Bij dit alles kan de Portenta H7 tweeledig gebruikt worden. Zo kan hij worden ingezet als elke andere embedded microcontroller-kaart, maar hij kan ook ingezet worden als hoofdprocessor van een embedded computer. Daarbij kunt u het Portenta Carrier-bord (afbeelding 4) gebruiken om de H7 in een eNUC-computer te veranderen waarbij alle fysieke H7-interfaces gemakkelijk bereikbaar zijn.

Grafische versneller
Een van de meest bijzondere kenmerken van de Portenta H7 is waarschijnlijk de mogelijkheid om een externe monitor aan te sluiten om uw eigen speciale ingebouwde computer met gebruikersinterface te bouwen. Dit is mogelijk dankzij de on-chip GPU van de STM32H747-processor, de Chrom-ART Accelerator. Naast de GPU bevat de chip een speciale JPEG-encoder en decoder.

USB-C multifunctionele connector
De USB-connector wordt voor meerdere doelen gebruikt. Allereerst is het de aansluiting waarmee de Portenta met een PC verbonden wordt voor programmeerdoeleinden. Daarnaast is het een aansluiting om het bord van stroom te voorzien of om een extern apparaat On-The-Go van energie te voorzien. Bijzonder is het feit dat via de USB-poort ook een monitor aangesloten kan worden. Voor applicaties die een HMI nodig hebben, levert dit verrassende mogelijkheden op

Voor uw applicatie
Zoals al gezegd is de Arduino Portenta-familie speciaal ontworpen voor low power industriële toepassingen waaronder ook kunstmatige intelligentie (AI), edge processing en robotica. Daarbij wordt tevens een nieuwe standaard geïntroduceerd in de vorm van de high-density interconnect voor het aansluiten van externe hardware. Net als alle andere Arduino’s, is ook van deze exemplaren exact bekend hoe ze zijn opgebouwd. Schema’s zijn gewoon op internet te vinden waardoor u dus weet waar u mee werkt. Bijzonder is het feit dat u de module zelf nog kunt aanpassen aan uw eigen wensen. Wie meer dan 1000 exemplaren bestelt, kan bijvoorbeeld de grootte van het geheugen naar eigen inzicht laten maken of de print laten voorzien van een ander crypto- IC. Op deze manier kunt u de H7 nog beter laten aansluiten op uw applicatie.

Informatie
Zoals we van Arduino’s gewend zijn, is er veel informatie beschikbaar, evenals software waarmee u aan de slag kunt. Ook voor deze module is dat het geval. De module is echter nog zo nieuw dat we nog niet dezelfde hoeveelheid mogen verwachten als bij een Arduino Uno, maar het Arduino forum loopt al behoorlijk vol met bijdragen van mensen die al volop met de H7 aan het werk zijn.

Wat zit er in
De Arduino Portenta H7 is gebaseerd op de STM32H747 microcontroller, XI-serie en is uitgerust met:

Microcontroller STM32H747XI Dual Cortex-M7 + M4 32bit Low Power Arm MCU
Radiomodule Murata 1DX dual Wifi 802.11b / g / n 65 Mbps en Bluetooth 5.1 BR / EDR / LE
Secure Element (standaard) NXP SE0502
Board Voeding (USB/V_IN ) 5 V
Ondersteunde batterij Li-Po enkele cel, 3,7 V, 700 mAh minimum (geïntegreerde oplader)
Circuit bedrijfsspanning 3,3 V
Stroomverbruik 2,95 μA in stand-bymodus (back-up SRAM UIT, RTC / LSE AAN)
Beeldschermconnector MIPI DSI-host & MIPI D-PHY voor interface met groot scherm met laag aantal pinnen
GPU Chrom-ART grafische hardwareversneller
Timers 22x
UART 4x poorten (2 met flow control)
Ethernet PHY 10/100 Mbps (alleen via uitbreidingspoort)
SD-kaartinterface voor SD-kaartconnector (alleen via uitbreidingspoort)
Operationele temperatuur -40 °C tot +85 °C
MKR-headers voor bestaande industriële MKR-shields
Twee 80 pins connectoren met hoge dichtheid voor het aansluiten van randapparatuur
Camera-interface 8-bit, tot 80 MHz
ADC 3 × ADC’s met 16-bit max. resolutie (tot 36 kanalen, tot 3,6 MSPS)
DAC 2 x 12-bits DAC (1 MHz)
USB-C host / apparaat, DisplayPort-uitgang, hoge / volledige snelheid, stroomtoevoer