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Azure Sphere, Azure IoT Edge e modelos de IA em microcontroladores: avanços tecnológicos da Microsoft em IoT.

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Azure Sphere, Azure IoT Edge e modelos de IA em microcontroladores: avanços tecnológicos da Microsoft em IoT.

  • 1. Globalcode – Open4education Azure Sphere, Azure IoT Edge e modelos de IA em microcontroladores: avanços tecnológicos da Microsoft em IoT. Walter Silvestre Coan Mestre em Sistemas Distribuídos, MCSA, MCP C#, MCP ASP.NET MVC Web App, AWS Certified Developer e SCP Java.
  • 2. Globalcode – Open4education Walter Silvestre Coan Microsoft Certified Solutions Associate – Web Applications MCP em programação em C# MCP em desenvolvendo aplicações Web ASP.NET MVC Participação com projeto finalista da etapa nacional do Microsoft Imagine Cup 2016 – Projeto Omni AWS Certified Developer Associate Sun Certified Programmer em Java 5.0 Mestre em Ciência da Computação na área de Sistemas Distribuídos e Redes de Sensores sem Fio - PUCPR Pós-Graduado em Engenharia de Software - PUCPR Bacharel em Informática - UNIVILLE Professor no Bacharelado em Sistemas de Informação e do Bacharelado em Engenharia de Software da UNIVILLE Desenvolvedor de software na RDX – RDornel Data Experts walter.coan@gmail.com – www.faltoupontoevirgula.com.br
  • 3. Globalcode – Open4education Agenda Avanços tecnológicos da plataforma Azure IoT Azure Sphere Azure Iot Edge Modelos de IA em microcontroladores Embedded Learning Library (ELL)
  • 4. Globalcode – Open4education Agradecimento Esta apresentação é um resumo das apresentações realizadas por: Olivier Bloch Principal Program Manager at Microsoft in the Azure IoT team The Things Conference: LoRaWAN and the Intelligent Cloud Powerful solutions with Azure IoT - https://youtu.be/SivnPqqbWsc Ed Nightingale Partner Product Architect (Azure Sphere) Introducing Azure Sphere - https://youtu.be/wJgCzaiRz9w Juliano Viana CTO da Kunumi Redes Neurais Dinâmicas usando PyTorch - https://youtu.be/3fqWMhu32mM
  • 5. Globalcode – Open4education Microsoft investe $5B em IoT https://blogs.microsoft.com/iot/2018/04/04/microsoft-will-invest-5-billion-in-iot-heres-why/
  • 6. Globalcode – Open4education Um ano depois... https://blogs.microsoft.com/blog/2019/04/04/one-year-in-how-our-5b-investment-in-iot-and-intelligent-edge-is-accelerating-customer-partner-and-solution-innovation/
  • 7. Globalcode – Open4education Um ano depois... Azure Sphere Mais de 100 novos serviços e funcionalidades na plataforma Azure IoT Azure IoT Central Windows 10 IoT Core Services Azure Security Center Azure Digital Twins Azure Maps Azure Spatial Anchors Azure Remote Rendering Azure IoT Edge - Azure Cognitive Services Windows Server IoT 2019 Azure IoT Edge VM on Azure Marketplace Azure IoT Hub Device Streams Embedded Learning Library (ELL) Device Simulation Azure IoT Time Series Insights RBAC (Role Based Access Control) Azure IoT
  • 8. Globalcode – Open4education Azure IoT AçõesDispositivos Intuições
  • 9. Globalcode – Open4education Azure IoT Dispositivos Intuições Ações
  • 12. Globalcode – Open4education Azure Sphere Microsoft Surface Hub 2 Segunda transformação digital Primeira onda 1970 Primeiros Microcontroladores MCU Segunda onda 2010 – 2020 Conectividade pela Internet dos MCU Consequências Mudança drástica nas experiências de uso dos dispositivos. Maior preocupação com a segurança.
  • 13. Globalcode – Open4education Nenhuma empresa lançaria um produto com problemas de segurança
  • 15. Globalcode – Open4education https://github.com/espressif/esptool/wiki/espefuse esptool.py -p /dev/ttyUSB0 -b 460800 read_flash 0 0x200000 flash.bin Root certificate and RSA private key extracted
  • 16. Globalcode – Open4education The Seven Properties of Highly Secure Devices: the new standard for securing MCU powered IoT experiences Hardware Root of Trust Seu dispositivo é Identificável e a integridade do software é confirmada por hardware? Defense In Depth Seu dispositivo se mantém seguro se um mecanismo de segurança for destruído? Small Trusted Computing Base O seu dispositivo esta protegido de erros em outros códigos fonte? Dynamic Compartments As proteções de segurança do seu dispositivo podem melhorar após a implantação? Certificate-Based Authentication Seu dispositivo utiliza certificados digitais ao invés de senhas para autenticação? Failure Reporting Seu dispositivo reporta falhas e anomalias? ! Renewable Security Seu dispositivo atualiza o software de forma automática? Suporte do Hardware Suporte do Sistema Operacional Suporte do Serviço de Nuvem https://www.microsoft.com/en-us/research/wp- content/uploads/2017/03/SevenPropertiesofHighlySecureDevices.pdf
  • 17. Globalcode – Open4education Algumas necessidades dependem do suporte do hardware Hardware Root of Trust Chave criptográfica que não pode ser excluída e protegida pelo hardware. Dispositivos contadores físicos impedem ataques do tipo side- channel. A identidade do dispositivo e o software seguro dentro do hardware Hardware protege a Identidade do Dispositivo Hardware protege a Inicialização com Segurança Hardware atesta a Integridade do Sistema
  • 18. Globalcode – Open4education Algumas necessidades dependem do suporte do hardware e do software Dynamic Compartments Barreiras internas limitam o alcance de qualquer falha Hardware cria Barreiras de Segurança Software cria Compartimentos Hardware firewall ou unidades de memória gerenciadas Isolamento de processos
  • 19. Globalcode – Open4education Algumas necessidades dependem do suporte do hardware e do software Small Trusted Computing Base Chave criptográfica são armazenadas em uma carteira protegida pelo hardware, inacessível pelo software. Hardware protege as chaves criptográficas de acesso A arquitetura de software é concebida no formato de camadas impedindo o acesso direto.
  • 20. Globalcode – Open4education Algumas necessidades dependem do suporte do hardware, do software e da nuvem Renewable Security A segurança do dispositivo é renovada para superar as ameaças em evolução e as violações de segurança. Nuvem provê as atualizações Software aplica as atualizações Hardware previne rollback attacks
  • 21. Globalcode – Open4education Três pilares de segurança do Azure Sphere Secured MCUs Uma nova categoria de MCU’s chamado Azure Sphere, produzidos por empresas parceiras, com tecnologia de segurança da Microsoft, que fornece conectividade, alto desempenho e características de segurança no hardware. Secured Operating System Sistema operacional seguro Azure Sphere OS que combina as melhores práticas da Microsoft e da comunidade Open Source, criando uma plataforma confiável para uma nova experiência em IoT. Secured by our Cloud Service Azure Sphere Security Service protege cada dispositivo e os clientes, detecta falhas de segurança e responde de forma proativa.
  • 22. Globalcode – Open4education Arquitetura do Azure Sphere MCU Microsoft Pluton Security Subsistem – Root of Trust ARM Cortex-A provê isolamento de processos através do gerenciamento de unidades de memória. Azure Sphere OS cria containers para as aplicações que utilizam espaços de memória reservados. 2x ARM Cortex-M é o MCU, que executa o processamento em real time.
  • 23. Globalcode – Open4educationhttps://d86o2zu8ugzlg.cloudfront.net/mediatek-craft/documents/mt3620/MediaTek-MT3620-Product-Brief-Nov2018.pdf ARM Cortex A7 NEON FPU 64kB L1 instruction cache 32kB L1 data cache 256kB L2 cache, 4MB system memory for the Azure Sphere operating system and user applications 2x ARM Cortex M4 cores 192kB TCM (Tightly-Coupled Memory) 64kB SRAM FPU Floating Point Unit Pluton Security Subsystem ARM Cortex-M4F security processor 128kB secured TCM 64kB secured mask ROM bootloader Wi-Fi Processador dedicado N9 32-bit RISC core IEEE 802.11 a/b/g/n Bandas de 2.4GHz e 5GHz
  • 24. Globalcode – Open4education Geração do Device ID no Azure Sphere • Cada dispositivo possui um identificador único; • O ID é gerado no processo de fabricação do MCU; • Microsoft possui o controle de todos os IDs dos dispositivos produzidos. https://azure.microsoft.com/mediahandler/files/resourcefiles/azure-sphere-device-authentication-and-attestation- service/Device_Authentication_and_Attestation_Service.pdf?v=cba244cabba1e2c8d7ceb8f3389d4c7eb8a97d1eacae2cdc e17d73dc686a476b
  • 25. Globalcode – Open4education Comprovação remota • Ocorre durante o processo de autenticação • Azure Sphere assina digitalmente um conjunto de informações para provar que o dispositivo é original; • Dados são enviados para o Device Authentication and Attestation no Azure; • Retorna um certificado de curta duração atestando que é um dispositivo original.
  • 26. Globalcode – Open4education Status de Suporte MT3620 • Suportado • 76 GPIO mapeados apenas para o ARM Cortex-A7 • Serial UART 1.200 a 2.000.000 bauds + 32 bytes de buffer • SPI 40 MHz – 2 dispositivos subordinados • I2C 100kHz a 1 MHz • Subsistema Wi-Fi • 5MB RAM – 4MB flash para o ARM Cortex-A7 (pode ser solicitado com 16MB flash SPI) • Não suportado (por enquanto) • PWM e contadores de pulso • I2S (Inter-IC Sound) • ADC – 8 pinos • 2x ARM Cortex-M4F • Controle de energia • Detecção de Brownout https://docs.microsoft.com/pt-br/azure-sphere/hardware/mt3620-product-status
  • 27. Globalcode – Open4education Azure Sphere MT3620 Dev Kit
  • 28. Globalcode – Open4education Azure Sphere MT3620 Dev Kit
  • 29. Globalcode – Open4education Azure Sphere MT3620 Mini Dev Board
  • 30. Globalcode – Open4education Azure Sphere MT3620 Module
  • 33. Globalcode – Open4education Azure IoT Edge O Azure IoT Edge move análises de nuvem e lógica de negócios personalizada para dispositivos, de modo que sua organização pode se concentrar em ideias de negócios em vez de gerenciamento de dados. DOCKER
  • 34. Globalcode – Open4education Orquestrador de containers MobyProject Processo que integra com o IoT Edge IoT Edge Daemon Conexão com o Broker Provisionar dispositivo no IoT Hub Install Azure IoT Edge runtime on Linux (ARM32v7/armhf) https://docs.microsoft.com/en-us/azure/iot-edge/how-to-install-iot-edge-linux-arm
  • 35. Globalcode – Open4education Publicar módulo nos dispositivos Codificação • Desenvolvimento do módulo do IoT Edge Container • Compilação • Geração da imagem do container Docker Publicação da Imagem • Imagem copiada para um Container Registry Deploy • Azure Iot Edge aciona publicação nos dispositivos. https://docs.microsoft.com/en-us/azure/iot-edge/quickstart-linux#deploy-a-module
  • 37. Globalcode – Open4education CLP (Controlador lógico programável) Empresa ProXSys CP-WS11/4DO4DI USB RS485 Alimentação em 24Vcc ou 12Vcc Duas (02) saídas digitais para RELE Quatro (04) entradas digitais a transistor tipo PNP Porta de comunicação RS 485 Porta de comunicação/gravação USB Protocolo MODBUS RTU
  • 38. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP Azure IoT Edge Equipamento Industrial CLP 1 seg Azure IoT Hub AMQP RTU - USB 3 seg
  • 39. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP https://github.com/Azure/iot-edge-modbus
  • 42. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP Antes de habilitar o módulo
  • 47. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP Name: iotedgemodbus Image URI: waltercoan/iotedgemodbus Container Create Options: { "HostConfig": { "User": "root", "Privileged": true, "Devices": [ { "PathOnHost": "/dev/ttyACM0", "PathInContainer": "/dev/ttyACM0", "CgroupPermissions": "mrw" } ] } }
  • 48. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP Module Twin's desired properties: { "properties.desired":{ "PublishInterval": "3000", "SlaveConfigs": { "Slave01": { "SlaveConnection": "/dev/ttyACM0", "TcpPort": "0", "RetryCount": "10", "RetryInterval": "50", "HwId": "CLP", "BaudRate": "9600", "DataBits": "8", "StopBits": "1", "Parity": "ODD", "FlowControl": "NONE", CONTINUA NO PRÓXIMO SLIDE!!!
  • 49. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP "Operations": { "Op01": { "PollingInterval": "1000", "UnitId": "1", "StartAddress": "100002", "Count": "1", "DisplayName": "disjuntor1" }, "Op02": { "PollingInterval": "1000", "UnitId": "1", "StartAddress": "100003", "Count": "1", "DisplayName": "disjuntor2" } } } } } }
  • 50. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP { "routes": { "route": "FROM /messages/* INTO $upstream" } }
  • 53. Globalcode – Open4education Monitoramento real de um CLP https://www.hackster.io/waltercoan/azure-iot-edge-reading-data-from-plc- industrial-iot-ef8214 Tutorial completo
  • 54. Globalcode – Open4education Modelos de Inteligência Artificial em microcontroladores
  • 55. Globalcode – Open4education Azure IoT Starter Kit (AZ3166) MXCHIP ARM Cortex-M4 100Mhz EMW3166 Wifi STSAFE-A100
  • 56. Globalcode – Open4education Azure IoT Starter Kit (AZ3166) https://microsoft.github.io/azure-iot-developer-kit/
  • 57. Globalcode – Open4education Azure IoT Starter Kit (AZ3166) https://www.seeedstudio.com/AZ3166-IOT-Developer-Kit.html
  • 58. Globalcode – Open4education Azure IoT Starter Kit (AZ3166)
  • 59. Globalcode – Open4education Azure IoT Starter Kit (AZ3166) https://github.com/IoTDevEnvExamples/DevKitKeywordSpotter/blob/master/README.md
  • 60. Globalcode – Open4education Embedded Learning Library https://microsoft.github.io/ELL/
  • 61. Globalcode – Open4education Embedded Learning Library Criar o seu modelo Treinar o modelo Exportar para o formato ONNX Converter o arquivo ONNX para o formato ELL Compilar o arquivo ELL para bitcode Usar o LLVM para compilar bitcode para assembler Criar o projeto para MCU Rodar o modelo no MCU
  • 63. Globalcode – Open4education Embedded Learning Library Tutorial completo https://www.hackster.io/waltercoan/machine-learning-model- running-on-azure-iot-starter-kit-f9608b
  • 65. Globalcode – Open4education Para aprender mais... https://academy.microsoft.com/en-us/professional-program/tracks/internet-of-things/