有線・無線8種のI/Fを1台に統合、Zynq 7000 SoCによるIoT遠隔監視ゲートウェイ

IoTデバイス遠隔監視システムのゲートウェイ
FPGA『Zynq 7000 SoC』使用
ハード・ドライバ設計、通信機能確認までの作業
(機能アプリケーションはお客様にて対応)

分野通信機器
特徴　収容IF種多彩

技術キーワード：

SoC,Linux,USB,CAN,Ether,無線モジュール

(920M㎐帯,2.4G㎐帯,LTE,GPS)

ご相談の背景・課題

今回開発したのは、IoTデバイスの遠隔監視システムにおけるゲートウェイ機器です。現場に散らばる多数のIoTデバイスからの情報を集約し、上位システムへ届ける、システムの「要」となる装置でした。

難所は、収容するインターフェースの種類が非常に多いことでした。有線系（USB、CAN、Ethernet）と、無線系（920MHz帯、2.4GHz帯、LTE、GPS）を1台のゲートウェイに同居させる必要があり、各インターフェースの仕様もタイミング要件もまったく異なります。これらをすべて取り込み、Linux上で一元管理できる形に仕上げることが技術的なハードルでした。

無線モジュールの多種同居は特にデリケートです。920MHz、2.4GHz、LTE、GPSと周波数帯がバラバラで、アンテナ配置や電源ノイズ対策を間違えると、隣接した無線間で干渉が起きて通信品質が落ちます。また、リソースが限られる組み込み環境で複数のI/Fを並行処理させるドライバ設計の難度も高い案件でした。

アポロ技研の対応・設計の工夫

中核デバイスにはXilinx社のZynq 7000 SoCを採用しました。Zynq 7000はARMプロセッサとFPGAロジックを1チップに統合したSoCで、Linuxを動かす制御部と、各種I/Fをハードウェアでリアルタイム処理する部分を1つのチップで両立できます。多数のI/Fを扱う今回の用途には適した選択でした。

ハードウェア設計では、有線・無線の各I/Fを集約しながらも、周波数帯の異なる無線同士が干渉しないアンテナ配置と電源・グラウンドの設計に配慮しました。ソフトウェア側では、Linux上で各I/Fを制御するドライバ設計を実施。USB、CAN、Ethernet、各無線モジュールそれぞれに対応するドライバを実装し、通信機能の確認まで自社で行っています。機能アプリケーション部分は、お客様の業務ロジックに依存する領域のため、ハードウェア層・ドライバ層を確実に動く状態でお引き渡しする形にしました。