USB-Optimierungen an INGAUSB-Optimizations for INGA

Einleitung

Der drahtlose Sensorknoten INGA ist im Rahmen einer Projektarbeit am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund entstanden und wird im Rahmen von mehreren studentischen Arbeiten und Praktika weiterentwickelt und erweitert. Derzeit kann INGA z.B. über USB/UART programmiert werden, allerdings muss vorher über eine andere Schnittstelle (JTAG oder ISP) ein Bootloader installiert werden, was einen separaten Programmieradapter erfordert.

Außerdem verfügt INGA über einen Lithium-Polymer Akkumulator, welcher über die USB-Schnittstelle geladen wird. Allerdings hat der Akku mit fast 1000 mAh eine relativ hohe Kapazität - die zurzeit verwendete Ladeschaltung kann den Akku aber nur mit relativ geringem Strom laden, was zu einer ziemlich langen Ladezeit führt.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll INGA an der USB-Sektion transparent - also ohne sichtbare Änderung für bisherige Funktionalitäten - optimiert werden. Alle Optimierungen sollten auf der Basis ausführlicher Überlegungen und Abwägungen erfolgen, wobei die dann umzusetzenden Lösungen mit dem Betreuer im Vorhinein anzusprechen sind.

Zum einen ist die Ladeschaltung so anzupassen, dass höhere Ladeströme genutzt werden können und so eine signifikant kürzere Akkuladedauer erreicht werden kann. Dazu ist u.U. der "high power" USB-Modus zu nutzen sowie ein entsprechend anderer Laderegler. Unter Umständen sind aber auch umfangreichere Anpassungen am Strompfad vonnöten.

Zum andern ist eine Möglichkeit zu schaffen, INGAs Bootloader selbst auch per USB zu programmieren. Diese Lösung sollte für die gängigen drei Betriebssysteme (Linux, OS-X, Windows – in jeweils aktuellen Versionen und möglichst ohne spezielle Treiberunterstützung) umgesetzt werden und einfach handhabbar sein. Dabei ist zusätzlich die Möglichkeit zu schaffen, neben INGAs „"Haupt"-Mikrocontroller, dem ATmega 1284P, auch einen weiteren Mikrocontroller oder ein FPGA zu programmieren.

Ein zusätzlicher Mikrocontroller könnte z.B. als Interrupt-Manager dienen, der die Interrupts der angeschlossenen Sensorik aufnimmt und dann wiederum dem 1284P bereitstellt. Für einen solchen Interrupt-Handler sind auch entsprechende Konzepte zu skizzieren und gegebenenfalls prototypisch umzusetzen.

Die jeweiligen Optimierungen sind zunächst nur prototypisch und funktional umzusetzen, wobei natürlich trotz alledem darauf geachtet werden soll, dass sich diese auch auf der begrenzten Fläche des jetzigen INGA unterbringen lassen können müssen, wobei davon ausgegangen werden kann, dass dann wohl eine 4-lagige Basisplatine zum Einsatz kommt.

Alle Optimierungen sind auch entsprechend zu evaluieren und mit der jeweils bisherigen Umsetzung in Vergleich zu setzen.