Der Aufbau des I2C-Kernelmoduls für Gadmei TV wurde erfolgreich abgeschlossen

Die Entwicklung kostengünstiger LoRaWAN-Gateways zur Unterstützung des Smart Farming-Ökosystems macht weiterhin erhebliche Fortschritte. Gemeinsam mit der Pokdartik-Community wurde eine der wichtigen Phasen des Projekts zur Nutzung gebrauchter USB-TV-Tuner als Internet-of-Things-Geräte (IoT) erfolgreich abgeschlossen, nämlich die Entwicklung und Implementierung des I2C-Kernelmoduls für Gadmei TV-USB-Geräte.

Dieser Erfolg ist ein wichtiger Meilenstein bei den Bemühungen, analoge TV-Tunergeräte zurückzuentwickeln, die als veraltet galten und keinen hohen wirtschaftlichen Wert mehr haben. Mit einem Hardware- und Software-Engineering-Ansatz zeigt dieses Gerät nun sein Potenzial als unterstützende Komponente für kostengünstige LoRaWAN-Gateways für intelligente landwirtschaftliche Anforderungen in Indonesien.

In den frühen Phasen des Projekts identifizierte das Pokdartik-Team den Hauptchipsatz, der von mehreren Gadmei USB-TV-Tuner-Serien verwendet wird. Anhand der Ergebnisse der Hardwareanalyse wurde festgestellt, dass die meisten Funkfrequenzsteuerungsfunktionen über die I2C-Kommunikation (Inter-Integrated Circuit) zwischen dem Hauptchipsatz und dem auf dem Gerät installierten HF-Tuner ausgeführt werden.

Das Hauptproblem besteht darin, dass keine offizielle Dokumentation oder Treiber verfügbar sind, die die Verwendung des Tuners als LoRa-Signalempfangsgerät bei der Frequenz 900–910 MHz unterstützen. Der Standard-Linux-Treiber unterstützt nur analoge Fernsehfunktionen und bietet daher keinen direkten Zugriff auf wichtige Register des Tuners.

Um dieses Hindernis zu überwinden, hat das Team alte Treiber zurückentwickelt, die immer noch in der Open-Source-Community verfügbar sind. Es wurde eine Analyse der USB-Kommunikation, der Kernel-Treiberstruktur und der I2C-Registerzugriffsmuster durchgeführt, die während des Frequenzabstimmungsprozesses verwendet wurden.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der Tuner über bestimmte I2C-Befehle gesteuert werden kann, um die Parameter Frequenz, Bandbreite, Verstärkung und Signalempfangsmodus zu ändern. Basierend auf diesen Erkenntnissen begann das Team mit der Entwicklung eines neuen Kernelmoduls, das das Gerät initialisieren und dem Benutzer direkt eine I2C-Kommunikationsschnittstelle bereitstellen kann.

Die Kernelmodulentwicklung erfolgt mithilfe des Linux Kernel Module (LKM)-Frameworks. Dieses Modul hat die Aufgabe, das USB-TV-Tuner-Gerät zu erkennen, wenn es an das System angeschlossen ist, einen Prüfvorgang durchzuführen und dann einen Kommunikationspfad mit dem RF-Tuner über den internen I2C-Bus des Geräts einzurichten.

Eine der größten Herausforderungen bestand darin, sicherzustellen, dass die Kommunikation stabil war, ohne dass es zu Konflikten mit dem Video4Linux (V4L2)-Subsystem kam, das das Gerät zuvor steuerte. Aus diesem Grund wurden Änderungen am Geräteaufzählungsprozess vorgenommen, damit das I2C-Modul unabhängig arbeiten kann, ohne andere Funktionen zu beeinträchtigen.

Nach mehreren Debugging-Prozessen zeigt das Testen des Kernel-Protokolls, dass das Modul den Tuner erfolgreich initialisiert und auf die internen Register des Geräts zugegriffen hat. Der Prozess des Lesens und Schreibens von Daten über I2C wurde mit einer konstanten Erfolgsquote durchgeführt.

Die erfolgreiche Entwicklung dieses Kernelmoduls eröffnet neue Möglichkeiten bei der Nutzung des USB-TV-Tuners als einfaches Software Defined Radio (SDR)-Gerät.Durch die Möglichkeit, den Tuner direkt zu steuern, kann das Gerät so konfiguriert werden, dass es Frequenzen rund um das indonesische LoRa-Band scannt.

Bei der Umsetzung von Smart Farming ist diese Fähigkeit sehr wichtig, da das LoRaWAN-Gateway ein Empfangsgerät erfordert, das in der Lage ist, Übertragungen von verschiedenen landwirtschaftlichen Sensoren zu erfassen, die über Plantagengebiete oder Reisfelder verteilt sind. Mit diesen Sensoren können Bodenfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Niederschlag, Wasserqualität und Pflanzenernährungsbedingungen in Echtzeit überwacht werden.

Durch die Verwendung gebrauchter Geräte, die leicht auf dem Markt zu finden sind, können die Kosten für den Aufbau eines Gateways im Vergleich zur Verwendung kommerzieller Geräte, die relativ teuer sind, erheblich gesenkt werden. Dieser Ansatz steht im Einklang mit dem Geist einer Kreislaufwirtschaft und der Reduzierung von Elektroschrott, der seit langem ein Anliegen der Open-Tech-Community ist.

Dieses Projekt bietet nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern ist auch ein Lehrmittel für Pokdartik-Mitglieder beim Studium des Linux-Betriebssystems, der Entwicklung von Kernel-Treibern, der I2C-Kommunikation, des Hardware-Reverse-Engineerings und der LoRaWAN-Technologie. Dieses Wissen ist sehr wichtig, um technologische Unabhängigkeit im digitalen Agrarsektor Indonesiens aufzubauen.

In Zukunft wird das erfolgreich erstellte Kernelmodul weiterentwickelt, um weitere Tunertypen und andere USB-TV-Chipsätze zu unterstützen. Die Integration mit SDR-Anwendungen, LoRa-Decodern und webbasierten landwirtschaftlichen Überwachungsplattformen sind ebenfalls die nächsten Entwicklungsziele.

Der Erfolg der Entwicklung eines I2C-Kernelmoduls für Gadmei TV beweist, dass Geräte, die nicht mehr als nützlich gelten, immer noch großes Potenzial haben, wenn sie mit Kreativität, Forschung und einem Geist der gemeinschaftlichen Zusammenarbeit kombiniert werden. Zusammen mit Pokdartik ist dieser kleine Schritt ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung von Smart Farming, das für indonesische Landwirte erschwinglicher, unabhängiger und nachhaltiger ist.

Literatur

1. Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, Greg Kroah-Hartman. Linux-Gerätetreiber, dritte Ausgabe. O'Reilly Media, 2005.

2. Linux-Kernel-Dokumentation. I2C-Subsystem-Dokumentation. Das Linux-Kernel-Projekt.

3. LoRa-Allianz. LoRaWAN-Spezifikation. Technisches Komitee der LoRa Alliance.

4. Karim Yaghmour. Embedded Android- und Linux-Entwicklung. O'Reilly Media.

5. Robert Faludi. Aufbau drahtloser Sensornetzwerke. O'Reilly Media.