Wróć

Wykorzystanie wyświetlaczy e-Paper do sygnalizacji błędów krytycznych oraz naruszeń zabezpieczeń w węzłach IoT o znaczeniu krytycznym

Artykuł opisuje łatwy sposób podłączania wyświetlaczy e-Paper (EPD) do węzłów IoT oraz IIoT w celu wyświetlenia ostatniego znanego błędu i wizualnego określenia przyczyny wyłączenia zasilania.
Opublikowano: 2020-11-18

Diagnozowanie błędów krytycznych z użyciem papieru elektronicznego

Wyświetlacze e-Paper (EPD) zużywają bardzo mało energii i mogą być wykorzystywane do przechowywania i wyświetlania informacji o błędach i diagnostyce tuż przed wyłączeniem zasilania węzła. Po wyłączeniu zasilania węzła, wyświetlacz EPD może przechowywać wyświetlany obraz bez zasilania przez całe dnie lub tygodnie. Informacje na wyświetlaczu stanowią dla techników wizualne wskazówki dotyczące przyczyny wyłączenia, umożliwiając im podjęcie decyzji, czy włączenie zasilania węzła IoT jest bezpieczne, czy też należy go odłączyć od sieci celem szczegółowej analizy.

Przykładowym urządzeniem e-Paper nadającym się do wyświetlania informacji diagnostycznych jest moduł EPD E2271CS091 firmy Pervasive Displays. Współpracuje on ze wszystkimi zgodnymi mikrokontrolerami za pośrednictwem interfejsu SPI, posiada wyświetlacz o przekątnej 2,71 cala i wysokim kontraście (ilustracja 1).

Ilustracja 1: Moduł EPD E2271CS091 posiada wyświetlacz o przekątnej 2,71 cala, wysokim kontraście i rozdzielczości 264 x 176 pikseli. Charakteryzuje się on szerokim kątem widzenia i łączy się z kompatybilnymi mikrokontrolerami za pośrednictwem interfejsu SPI. (Źródło ilustracji: © Pervasive Displays)

Moduły EPD E2271CS091 wykorzystują wyświetlacze z aktywną matrycą tranzystorów cienkowarstwowych (TFT) o rozdzielczości natywnej 264 x 176 pikseli, 117 punktów na cal (dpi). Dzięki temu wyświetlacz zawiera dużo informacji przydatnych technikom w diagnostyce. Ekran posiada powłokę przeciwodblaskową i charakteryzuje się szerokim kątem widzenia niemal 180˚, co ułatwia odczyt wyświetlaczy zainstalowanych nawet w nietypowych miejscach. Wyświetlacz EPD wymaga zasilania o napięciu 3,0V.

Mikrokontroler hosta wysyła dane do wyświetlacza EPD za pośrednictwem interfejsu SPI i 24-wtykowego złącza taśmowego wyświetlacza. Komunikacja danych SPI przebiega tylko jednokierunkowo od mikrokontrolera do wyświetlacza EPD. Jedyna komunikacja wyświetlacza EPD z powrotem do mikrokontrolera hosta odbywa się za pośrednictwem wtyku zajętości urządzenia na złączu taśmowym, co znakomicie upraszcza interfejs i zwiększa poziom ufności dla wyświetlanych danych diagnostycznych.

W przypadku wykrycia błędu lub próby ataku, jeżeli błąd jest na tyle poważny, że wymaga wyłączenia węzła, błąd musi być w pierwszej kolejności umieszczony w pułapce przez oprogramowanie układowe, układ nadzorujący lub inną metodę. Sterowanie musi zostać następnie przekazane do procedury rejestrowania błędów, która wysyła dane do wyświetlacza EPD. Ta procedura rejestrowania błędów musi być zadaniem o najwyższym priorytecie, aby zapobiec jej przerwaniu lub uszkodzeniu danych. Dla zapewnienia maksymalnej niezawodności, zaleca się, aby procedura rejestrowania błędów była całkowicie autonomiczna, bez odwołań do zewnętrznych podprocedur lub funkcji. W idealnym przypadku procedura rejestrowania błędów powinna znajdować się w pamięci flash trwale chronionej przed zapisem, aby zagwarantować integralność kodu nawet po aktualizacji oprogramowania układowego.

Ilustracja 2: Zestaw rozszerzeń dla modułu EPD E2271CS091 firmy Pervasive Displays zawiera 24-wtykowe złącze na płytce rozszerzeń, przeznaczone dla 24-wtykowego kabla taśmowego wyświetlacza. Zawiera on również kabel łączący oraz 20-wtykowe złącze listwowe 90˚. (Źródło ilustracji: © Pervasive Displays)

Ilustracja 3: Wyświetlacz EPD EA EPA20-A firmy Display Visions posiada rozdzielczość 172 x 72 i podtrzymuje wyświetlany status bez podłączonego zasilania. (Źródło ilustracji: © Display Visions)

Przed zaktualizowaniem wyświetlacza EPD o dane błędów, mikrokontroler hosta powinien wcześniej wysłać do wyświetlacza EPD polecenie miękkiego resetu za pośrednictwem interfejsu SPI w celu wyczyszczenia wyświetlacza. Następnie wysyłane są czarno-białe informacje wyświetlania jako seria sekwencji bajtowych, w których każdy bit w bajcie reprezentuje jeden piksel na wyświetlaczu EPD. Po zakończeniu sekwencji, procedura rejestrowania błędów może wyłączyć mikrokontroler. Różni producenci mikrokontrolerów stosują różne metody wyłączania i są one uzależnione od architektury i producenta. W niektórych sytuacjach oraz ze względów bezpieczeństwa, producent może oferować nieudokumentowane sposoby wyłączania mikrokontrolera, dostępne tylko na zamówienie. Opcjonalnie można zastosować zewnętrzny obwód, który odłącza zasilanie mikrokontrolera, jednakże zwiększa to złożoność systemu, co z kolei obniża niezawodność. Z tego względu preferowane jest sterowanie wyłączaniem mikrokontrolera przez oprogramowanie układowe.

Aby wspomóc projektowanie z użyciem wyświetlaczy EPD, firma Pervasive Displays oferuje zestaw rozszerzeń EPD B3000MS034 (ilustracja 2). Posiada on płytkę rozszerzeń ze złączem dla 24-wtykowego wyświetlacza EPD oraz złączami dla innych wyświetlaczy EPD firmy Pervasive Displays, które wymagają złączy 40-wtykowych i 26-wtykowych. Płytka rozszerzeń jest kompatybilna z zestawami rozwojowymi i ewaluacyjnymi Texas Instruments LaunchPad, jednak może być używana również z innymi zestawami rozwojowymi. 20-wtykowy kabel łączący można podłączyć do 20-wtykowego złącza listwowego 90˚, które po przylutowaniu do płytki rozszerzeń pozwala na monitorowanie sygnałów dostarczanych do wyświetlacza EPD na etapie rozwojowym.

Inną możliwą opcją jest wyświetlacz EPD EA EPA20-A firmy Display Visions (ilustracja 3).

Wyświetlacz EPD posiada ekran monochromatyczny 172 x 72 i również wykorzystuje interfejs SPI do komunikacji z kontrolerem hosta. Wyświetlacz EPD pobiera bardzo niewielką moc, wymagając pojedynczego zasilania 3,3V i zużywa zaledwie 40mW mocy podczas zmiany wyświetlania. Wyświetlacz EPD EA EPA20-A firmy Display Visions podtrzymuje wyświetlane informacje przy braku zasilania.

Podsumowanie

Czasami zachodzi potrzeba wyłączenia zasilania węzłów silnych zabezpieczeń IoT oraz IIoT w odpowiedzi na krytyczny błąd oprogramowania układowego lub wykryte zagrożenie. Może to skutkować utratą wszystkich danych z pamięci ulotnej, w tym danych o statusie wewnętrznym mikrokontrolera hosta. Dane diagnostyczne i dotyczące statusu mogą jednak zostać wysłane do podłączonego wyświetlacza EPD przed wyłączeniem, który może je wyświetlać przez całe dni lub tygodnie. Dostarcza to technikom informacji niezbędnych do ustalenia przyczyny wyłączenia i zastosowania środków zapobiegawczych w przyszłości, jeśli to konieczne dla ochrony i zabezpieczenia węzła oraz sieci.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © DigiKey

https://www.phoenixcontact.com/online/portal/pl?1dmy&urile=wcm%3apath%3a/plpl/web/offcontext/insite_landing_pages/24822915-6617-4a31-88e5-54c41b031dd4/24822915-6617-4a31-88e5-54c41b031dd4
https://www.phoenixcontact.com/online/portal/pl?1dmy&urile=wcm%3apath%3a/plpl/web/offcontext/insite_landing_pages/24822915-6617-4a31-88e5-54c41b031dd4/24822915-6617-4a31-88e5-54c41b031dd4