Introducción rápida al desarrollo de "Windows para Arm"

Gran parte de la infraestructura existente se basa en Windows en aplicaciones como la automatización industrial y la sanidad. Para los desarrolladores que crean dispositivos de bajo consumo y bajo costo para estos sectores, Windows en Arm® es una opción obvia, ya que lleva la plataforma Windows a la eficiente arquitectura Arm.

Sin embargo, uno de los principales problemas a la hora de crear Windows en sistemas Arm ha sido la falta de kits de desarrollo adecuados. Aunque el sistema operativo (SO) está disponible desde hace tiempo en varias placas de sistemas informáticos integrados y del Internet de las cosas (IoT), estas ofertas suelen requerir una importante ingeniería de hardware antes de que pueda comenzar la codificación.

Los desarrolladores necesitan una solución tipo box PC que venga precargada con Windows para Arm e integre todos los componentes necesarios para empezar a desarrollar aplicaciones. Esto reduciría el tiempo de instalación y la complejidad, lo que permitiría a los desarrolladores centrarse en el desarrollo y las pruebas de las aplicaciones sin preocuparse de la instalación y configuración iniciales del software.

Este artículo explica los criterios de selección del sistema operativo que llevan a utilizar Windows para Arm y revisa las diferentes versiones de Windows disponibles para su consideración. A continuación, presenta el kit de desarrollo EPC-R3720IQ-AWA12 Windows para Arm de Advantech y describe cómo proporciona un entorno perfecto para acelerar el desarrollo. Incluye consejos para empezar y señala las herramientas de Microsoft que pueden utilizarse con el kit.

¿Por qué usar Windows en lugar de Linux o un RTOS?

A la hora de elegir un sistema operativo, los desarrolladores tienen muchas opciones, entre ellas Linux y varios sistemas operativos en tiempo real (RTOS). Una razón habitual para elegir Windows frente a estas alternativas es la amplia gama de programas y bibliotecas disponibles. Esta es una consideración crítica para los entornos con infraestructura Windows heredada.

Windows también ofrece un ecosistema de desarrollo maduro, con herramientas completas e interfaces de programación de aplicaciones (API) como Visual Studio y el marco .NET. Los programadores pueden elegir entre un amplio rango de/una amplia gama de lenguajes de programación como C++, Python y Node.js, y pueden acceder a varios servicios de Microsoft Azure para crear sofisticadas funcionalidades rápidamente.

Linux comparte algunas de estas ventajas, pero configurar y mantener un sistema Linux puede requerir un esfuerzo considerable. Además, las distribuciones de Linux pueden variar mucho, lo que plantea dificultades en el proceso de desarrollo.

A diferencia de Windows y Linux, los RTOS hacen hincapié en la eficiencia. Por lo general, carecen de c aracterísticas avanzadas, como interfaces gráficas de usuario (GUI) enriquecidas y el amplio ecosistema que ofrecen los sistemas operativos completos.

En última instancia, si los desarrolladores buscan un sistema operativo robusto, rico en funciones y seguro con un ecosistema de desarrollo maduro, Windows presenta una opción convincente. Sin embargo, Windows está disponible en muchas formas, y es esencial entender las diferencias.

Comprender las opciones de Windows

Microsoft ofrece diversas variantes de Windows. El cuadro 1 muestra algunas de las principales diferencias entre las distintas ediciones. Para el EPC-R3720IQ-AWA12, Advantech seleccionó Windows IoT Enterprise. Una de las ventajas de Windows IoT Enterprise es su compatibilidad con la plataforma táctil Universal Windows Platform (UWP) y las aplicaciones Win32 tradicionales. Esta flexibilidad permite a los desarrolladores elegir el modelo de aplicación que mejor se adapte a sus necesidades.

Tabla 1: Las distintas ediciones de Windows admiten casos de uso únicos. (Fuente de la tabla: Kenton Williston, a partir de información de Microsoft)

Windows IoT Enterprise también ofrece características de seguridad avanzadas que mejoran la fiabilidad:

• Las funciones de bloqueo de dispositivos permiten a los administradores restringir el dispositivo para que sólo ejecute aplicaciones autorizadas.
• El arranque seguro garantiza que el dispositivo se inicie solo con software de confianza.
• El cifrado BitLocker ayuda a proteger los datos confidenciales.

El sistema operativo también ofrece herramientas de gestión de nivel empresarial que permiten la asistencia centralizada de los dispositivos implementados. Estas herramientas simplifican el mantenimiento y la seguridad de las implantaciones de IoT a gran escala.

Muchas de estas características no están soportadas en el núcleo más compacto de Windows IoT. Esta edición está pensada para dispositivos ligeros, de un solo uso y con recursos limitados. Elimina características como la interfaz gráfica de usuario y la compatibilidad con aplicaciones Win32 tradicionales, lo que lo hace más adecuado como sistema operativo complementario para dispositivos complejos.

Por el contrario, Windows Pro estándar ofrece un amplio conjunto de características, pero no se puede personalizar para implementaciones de IoT. Tampoco está disponible con soporte LTSC para dispositivos de larga duración.

¿Por qué usar Windows en Arm?

Históricamente, el sistema operativo Windows estaba vinculado a la arquitectura x86. Actualmente, el sistema operativo también funciona con procesadores Arm y esta opción abre nuevas posibilidades de diseño.

La principal ventaja de Windows en Arm es la eficiencia. Los procesadores Arm son conocidos por su bajo consumo de energía, lo que les permite ser ideales para dispositivos alimentados por batería y aplicaciones en las que la gestión térmica es un problema. Los sistemas basados en Arm también tienden a hacer hincapié en la rentabilidad, lo que los convierte en una opción atractiva para las implantaciones de IoT a gran escala.

Primeros pasos con un kit de desarrollo de Windows en Arm

Como ya se ha señalado, uno de los inconvenientes de Windows en Arm ha sido la falta de hardware listo para usar. El EPC-R3720IQ-AWA12 resuelve este problema suministrando un PC en caja preinstalado con Windows 10 IoT.

Como se muestra en la figura 1, el kit de desarrollo está alojado en un resistente receptáculo de 174 x 108 x 25 milímetros (mm). Este gabinete/recinto admite soportes de montaje y puede desplegarse sobre el terreno si se desea.

Figura 1: El EPC-R3720IQ-AWA12 es un PC en caja compacto equipado con un procesador Arm que ejecuta Windows 10 IoT. (Fuente de la imagen: Advantech)

El núcleo del kit de desarrollo es el sistema en chip (SoC) MIMX8ML8DVNLZAB de NXP Semiconductors, basado en un procesador de cuatro núcleos Arm Cortex-A53 capaz de funcionar a 1,8 gigahercios (GHz) (en el EPC-R3720IQ-AWA12 lo hace a 1,6 GHz). El sistema en chip (SoC) cuenta con una unidad de procesamiento neuronal (NPU) de 2.3 tera operaciones por segundo (TOPS), lo que lo hace idóneo para cargas de trabajo de inteligencia artificial (AI) y aprendizaje automático (ML) en el perímetro.

El kit de desarrollo tiene 6 gigabytes (Gbytes) de memoria, 16 Gbytes de almacenamiento y opciones de ampliación mediante ranuras para Mini-PCIe, M.2, Micro SD y Nano SIM. En cuanto a la conectividad, el kit de desarrollo ofrece dos puertos Gigabit Ethernet (GbE), un puerto USB 2.0, un puerto USB 3.2 Gen 1, un puerto HDMI y un puerto serie compatible con CAN FD.

Configuración del kit de desarrollo

La configuración del kit de desarrollo EPC-R3720IQ-AWA12 es un proceso sencillo. Las siguientes viñetas describen los pasos clave, empezando por la configuración básica:

1. El monitor, el teclado y la red deben conectarse a través de los puertos HDMI, USB y Ethernet, respectivamente.
2. El kit de desarrollo iniciará automáticamente el proceso de configuración de Windows 10 IoT en el primer arranque. Una vez hecho esto, el usuario se encontrará con el entorno de la computadora de escritorio de Windows.
3. El usuario debe descargar e instalar Visual Studio desde el sitio web de Microsoft para configurar el entorno de desarrollo. Durante la instalación, el usuario debe seleccionar los componentes necesarios para desarrollar aplicaciones Windows IoT y cualquier otra carga de trabajo necesaria, como .NET o UWP.
4. Deben instalarse los kits de desarrollo de software (SDK) y los tiempos de ejecución necesarios. Por ejemplo, si se necesitan .NET 6 o .NET 7, los tiempos de ejecución adecuados deben descargarse del portal para desarrolladores de Microsoft o a través del instalador de Visual Studio.
5. Tras instalar las herramientas necesarias, Visual Studio debe configurarse para el desarrollo de Windows IoT con el fin de garantizar que se instalan las versiones correctas del SDK y las herramientas de Windows.

Dependiendo de las necesidades de la aplicación, pueden ser necesarias configuraciones adicionales:

1. Si se necesita una red inalámbrica, debe conectarse una antena al conector integrado del kit de desarrollo. Para la conectividad celular, se debe aprovisionar e instalar una tarjeta SIM.
2. Debe probarse cualquier periférico conectado a través de la ranura M.2 u otros puertos del E/S, asegurándose de que los controladores y el software necesarios están instalados para estos periféricos.
3. Se debe configurar el Azure IoT Hub adecuado u otros servicios en la nube si la aplicación implica conectividad en la nube. Esto implica configurar una cuenta Azure, crear recursos con Azure y configurar el kit de desarrollo para comunicarse con estos recursos.

El usuario puede pasar ahora al desarrollo e implantación de aplicaciones. El desarrollo puede iniciarse creando un nuevo proyecto o abriendo uno existente en Visual Studio. Las aplicaciones pueden desarrollarse, ejecutarse y probarse directamente en el dispositivo.

Si, por el contrario, los usuarios planean depurar aplicaciones de forma remota desde un PC de desarrollo, deberán configurar la depuración remota. Esto implica configurar las herramientas de depuración remota tanto en el kit de desarrollo como en el PC.

Conclusión:

Windows para Arm ofrece muchas ventajas convincentes para dispositivos IoT complejos. El kit de desarrollo EPC-R3720IQ-AWA12 ofrece a los desarrolladores una vía rápida para crear aplicaciones para este sistema operativo y, en algunos casos, el hardware también puede utilizarse directamente para su implantación. Como se ha demostrado, empezar a utilizar el kit de desarrollo es un proceso sencillo que permite a los desarrolladores empezar a desarrollar aplicaciones con una configuración mínima.

Referencias:

1. "Primeros pasos con Windows 10 IoT Enterprise utilizando el Advantech EPC-R3720, un PC embebido basado en Arm con NXP i.MX 8MPlus"