Démarrer rapidement le développement Windows on Arm

Dans les applications telles que l'automatisation industrielle et les soins de santé, une grande partie de l'infrastructure existante est basée sur Windows. Pour les développeurs qui conçoivent des périphériques basse consommation économiques pour ces secteurs, Windows on Arm® est un choix évident, car il associe la plateforme Windows à l'architecture Arm efficace.

Cependant, l'un des défis majeurs liés à la création de systèmes Windows on Arm est le manque de kits de développement adaptés. Bien que le système d'exploitation (OS) soit disponible depuis longtemps sur divers systèmes informatiques embarqués et Internet des objets (IoT) au niveau carte, ces offres nécessitent typiquement une ingénierie matérielle importante avant de pouvoir commencer le codage.

Les développeurs ont besoin d'une solution de type box PC, pré-chargée avec Windows on Arm et intégrant tous les composants requis pour démarrer le développement d'applications. Une telle solution réduirait la complexité et les délais de configuration, et permettrait aux développeurs de se concentrer sur le développement et le test d'applications sans avoir à se soucier de l'installation et de la configuration initiales du logiciel.

Cet article détaille les critères de sélection d'un système d'exploitation qui conduisent à l'utilisation de Windows on Arm et passe en revue les différentes versions de Windows disponibles. Il présente ensuite le kit de développement Windows on Arm EPC-R3720IQ-AWA12 d'Advantech et montre comment celui-ci offre un environnement transparent pour accélérer le développement. Enfin, il fournit des conseils pour démarrer et indique les outils Microsoft pouvant être utilisés avec le kit.

Pourquoi utiliser Windows plutôt que Linux ou un RTOS ?

Lors du choix d'un système d'exploitation, les développeurs disposent de nombreuses options, notamment Linux et divers systèmes d'exploitation en temps réel (RTOS). L'une des raisons fréquentes qui incitent à choisir Windows plutôt que ces alternatives est le large éventail de logiciels et de bibliothèques disponibles. Il s'agit d'une considération essentielle pour les environnements dotés d'une infrastructure Windows héritée.

Windows offre également un écosystème de développement mature, avec des outils complets et des interfaces de programmation (API) comme Visual Studio et le .NET Framework. Les programmeurs peuvent choisir parmi une vaste sélection de langages de programmation tels que C++, Python et Node.js, et accéder à divers services Microsoft Azure pour créer rapidement des fonctionnalités sophistiquées.

Linux partage certains de ces avantages, mais la configuration et la maintenance d'une version Linux peuvent nécessiter des efforts considérables. De plus, les distributions Linux peuvent varier considérablement, ce qui entraîne des défis dans le processus de développement.

Contrairement à Windows et Linux, les RTOS mettent l'accent sur l'efficacité. Ils sont généralement dépourvus de fonctionnalités avancées telles que des interfaces utilisateur graphiques (GUI) riches et les vastes écosystèmes que les systèmes d'exploitation complets offrent.

Si les développeurs recherchent un système d'exploitation robuste, riche en fonctionnalités et sécurisé avec un écosystème de développement mature, Windows constitue une option sérieuse. Cependant, Windows est disponible sous de nombreuses formes et il est essentiel de comprendre les différences.

Comprendre les options de Windows

Microsoft propose plusieurs variantes de Windows. Le Tableau 1 montre certaines des principales distinctions entre les différentes éditions. Pour l'EPC-R3720IQ-AWA12, Advantech a sélectionné Windows IoT Enterprise. L'un des avantages de Windows IoT Enterprise est sa compatibilité avec la plateforme Windows universelle (UWP) conviviale et les applications Win32 traditionnelles. Cette flexibilité permet aux développeurs de choisir le modèle d'application le mieux adapté à leurs besoins.

Tableau 1 : Les différentes éditions de Windows prennent en charge des cas d'utilisation uniques. (Source du tableau : Kenton Williston, d'après des informations de Microsoft)

Windows IoT Enterprise offre également des fonctionnalités de sécurité avancées qui améliorent la fiabilité :

• Les fonctionnalités de verrouillage des dispositifs permettent aux administrateurs de restreindre le dispositif à l'exécution des seules applications autorisées.
• L'amorçage sécurisé garantit que le dispositif démarre uniquement avec un logiciel de confiance.
• Le chiffrement BitLocker permet de protéger les données sensibles.

Le système d'exploitation offre également des outils de gestion de niveau entreprise qui permettent la prise en charge centralisée des dispositifs déployés. Ces outils simplifient la maintenance et la sécurité des déploiements IoT à grande échelle.

Bon nombre de ces fonctionnalités ne sont pas prises en charge dans Windows IoT Core, plus compact. Cette édition est destinée aux dispositifs légers à but unique, dotés de ressources limitées. Elle élimine des fonctionnalités telles qu'une interface graphique et la prise en charge des applications Win32 traditionnelles, ce qui la rend plus appropriée comme système d'exploitation auxiliaire pour les dispositifs complexes.

À l'inverse, l'édition Windows Pro standard offre un riche ensemble de fonctionnalités mais ne peut pas être personnalisée pour les déploiements IoT. Elle n'est pas non plus disponible avec la prise en charge LTSC pour les dispositifs à longue durée de vie.

Pourquoi utiliser Windows on Arm ?

Historiquement, le système d'exploitation Windows était lié à l'architecture x86. Aujourd'hui, le système d'exploitation fonctionne également sur des processeurs Arm, et cette option ouvre de nouvelles possibilités de conception.

Le principal avantage de Windows on Arm est l'efficacité. Les processeurs Arm sont connus pour leur faible consommation d'énergie et sont donc bien adaptés aux dispositifs alimentés par batterie et aux applications dans lesquelles la gestion thermique est une préoccupation. Les systèmes basés sur Arm ont également tendance à mettre l'accent sur la rentabilité, ce qui en fait une option intéressante pour les déploiements IoT à grande échelle.

Démarrage rapide avec un kit de développement Windows on Arm

Comme indiqué ci-dessus, l'un des inconvénients de Windows on Arm est le manque de matériel prêt à l'emploi. L'EPC-R3720IQ-AWA12 résout ce problème en fournissant un box PC pré-installé avec Windows 10 IoT.

Comme illustré à la Figure 1, le kit de développement est logé dans un boîtier robuste de 174 millimètres (mm) x 108 mm x 25 mm. Ce boîtier peut accueillir des supports de montage et peut être déployé sur le terrain si nécessaire.

Figure 1 : L'EPC-R3720IQ-AWA12 est un box PC compact alimenté par un processeur Arm exécutant Windows 10 IoT. (Source de l'image : Advantech)

Au cœur du kit de développement se trouve le système sur puce (SoC) MIMX8ML8DVNLZAB de NXP Semiconductors, basé sur un processeur Arm Cortex-A53 à quatre cœurs capable de fonctionner à 1,8 gigahertz (GHz) (fonctionnement à 1,6 GHz sur l'EPC-R3720IQ-AWA12). Le SoC est doté d'une unité de traitement neuronal (NPU) de 2,3 TOPS (tera operations per second), ce qui le rend bien adapté aux charges de travail d'intelligence artificielle (IA) et d'apprentissage automatique (ML) en périphérie.

Le kit de développement dispose de 6 giga-octets (Go) de mémoire, de 16 Go de stockage et d'options d'extension via des emplacements pour Mini-PCIe, M.2, Micro SD et Nano SIM. Concernant la connectivité, le kit de développement offre deux ports Gigabit Ethernet (GbE), un port USB 2.0, un port USB 3.2 Gen1, un port HDMI et un port série prenant en charge CAN FD.

Configuration du kit de développement

La configuration du kit de développement EPC-R3720IQ-AWA12 est un processus simple. Les étapes clés sont répertoriées ci-dessous, en commençant par la configuration de base :

1. Un moniteur, un clavier et un réseau doivent être connectés via les ports HDMI, USB et Ethernet, respectivement.
2. Le kit de développement démarre automatiquement le processus de configuration de Windows 10 IoT au premier amorçage. Une fois cette opération terminée, l'utilisateur accède à l'environnement de bureau Windows.
3. L'utilisateur doit télécharger et installer Visual Studio depuis le site Web de Microsoft pour configurer l'environnement de développement. Pendant l'installation, l'utilisateur doit sélectionner les composants nécessaires au développement d'applications Windows IoT et de toute autre charge de travail nécessaire, telle que .NET ou UWP.
4. Tous les kits de développement logiciel (SDK) et runtimes requis doivent être installés. Par exemple, si .NET 6 ou .NET 7 sont nécessaires, les runtimes appropriés doivent être téléchargés depuis le portail des développeurs Microsoft ou via le programme d'installation de Visual Studio.
5. Après avoir installé les outils nécessaires, Visual Studio doit être configuré pour le développement Windows IoT afin de garantir que les versions correctes du SDK et des outils Windows sont installées.

En fonction des besoins de l'application, des configurations supplémentaires peuvent être requises :

1. Une antenne doit être reliée au connecteur intégré du kit de développement si un réseau sans fil est nécessaire. Pour la connectivité cellulaire, une carte SIM doit être fournie et installée.
2. Tous les périphériques connectés via l'emplacement M.2 ou d'autres ports E/S doivent être testés, en veillant à ce que les pilotes et logiciels nécessaires sont installés pour ces périphériques.
3. Le service Azure IoT Hub approprié ou d'autres services cloud doivent être configurés si l'application requiert une connectivité cloud. Cela implique la configuration d'un compte Azure, la création de ressources avec Azure et la configuration du kit de développement pour communiquer avec ces ressources.

L'utilisateur peut ensuite passer au développement et au déploiement d'applications. Le développement peut être démarré en créant un nouveau projet ou en ouvrant un projet existant dans Visual Studio. Les applications peuvent être développées, exécutées et testées directement sur le dispositif.

Si les utilisateurs envisagent de déboguer des applications à distance à partir d'un PC de développement, ils doivent configurer le débogage à distance. Cela implique de configurer les outils de débogage à distance à la fois sur le kit de développement et sur le PC.

Conclusion

Windows on Arm offre de nombreux avantages intéressants pour les dispositifs IoT complexes. Le kit de développement EPC-R3720IQ-AWA12 permet aux développeurs de créer rapidement des applications pour ce système d'exploitation, et le matériel peut également être utilisé directement pour le déploiement dans certains cas. Comme illustré, le démarrage avec le kit de développement est un processus simple, qui permet aux développeurs de commencer à développer des applications avec une configuration minimale.

Référence :

1. Getting Started with Windows 10 IoT Enterprise Using the Advantech EPC-R3720, an Arm-Based Embedded PC with NXP i.MX 8M Plus