Migrace a reimplementace funkcí IoT systému reálného času

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá rešerší a realizací prototypu pro migraci systému inteligentních domů ze stárnoucí koncepce založené na mikrokontroléru na koncepci modernější. Starší koncepce zahrnuje mikrokontrolér založený na jádře ARM Cortex-M4, operační systém FreeRTOS, relativně nízké systémové prostředky a několik implementačních postupů pro jejich šetření. Navrhované řešení používá čip Texas Instruments Sitara AM3358 a Linuxovou distribuci Debian včetně modifikace jádra PREEMPT\_RT. Vývoj je prováděn za pomoci jednodeskového počítače BeagleBone Black. Tato práce čtenáři poskytne popis a vysvětlení konceptů a vnitřních procesů operačních systémů reálného času a Linuxového systému device tree. V práci je popsán proces portování a reimplementace několika různých funkcí z původního systému. Problémy zjištěné během tohoto procesu jsou vysvětleny a jsou zde probrána jejich řešení. U některých reimplementací dochází k razantnímu nárůstu výkonnosti oproti předchozímu řešení - tyto změny jsou naměřeny a jejich dopad je detailněji popsán.

This thesis is dedicated to the research and realization of a prototype for migration of a home automation system from an older, MCU-based design to a more modern solution. The older design is a microcontroller-based, low system resource solution incorporating an ARM Cortex-M4 MCU, the FreeRTOS operating system and various memory-conserving implementation approaches. The new proposed solution includes a Texas Instruments Sitara AM3358 chip and a distribution of Debian Linux patched with the PREEMPT\_RT real-time kernel patch. Development is done using a BeagleBone Black single-board computer. This thesis provides descriptions and explanations of the concepts and inner workings of real-time operating systems and the Linux device tree system. The process of reimplementing and porting of functionalities from the previous project is described, issues are discussed and their solutions explained. Performance gains are measured and explained for some of the newly implemented functionality.