Das Evaluierungskit von Nordic integriert Wi-Fi 6 nahtlos mit anderen Protokollen

Die Unterstützung mehrerer Protokolle ist wichtig, um den potenziellen Markt für eine breite Palette von Geräten vom industriellen IoT (IIoT) bis hin zu Smart-Home-Anwendungen zu erweitern, kann aber zusätzliche Komplexität und Kosten verursachen. Nordic Semiconductor bietet eine Lösung, die die Integration von Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) mit Protokollen wie Bluetooth Low Energy (BLE), Thread, Zigbee und zellularem IoT erleichtert.

Diese Lösung kommt in Form eines Evaluierungskits für die Entwicklung von Anwendungen auf Basis des Begleitchips nRF7002 von Nordic mit integrierten HF-Funktionen. Das nRF7002-Modul bietet eine stromsparende Lösung für die Einbettung der Wi-Fi-6-Technologie mit ultraschnellen Geschwindigkeiten, verbesserter Reichweite, höherer Zuverlässigkeit und längerer Batterielebensdauer. Die ICs der Serie nRF70 bieten eine einzigartige Unterstützung für drahtlose Koexistenz, die sicherstellt, dass andere Kommunikationsprotokolle nahtlos mit Wi-Fi zusammenarbeiten können.

Mit seiner 2,4-GHz- und 5-GHz-Dual-Band-Fähigkeit ist der nRF7002 vollständig abwärtskompatibel mit früheren Wi-Fi-Versionen (IEEE 802.11a/b/g/n/ac) und -Infrastrukturen. Der Wi-Fi-6-Begleitchip unterstützt eine Vielzahl von Host-Controllern - auch von nicht-Nordic-Hosts - und kann sowohl mit Linux- als auch mit RTOS-Betriebssystemen verwendet werden. Er kann erweiterte Sicherheitsfunktionen nutzen, darunter sicheres Booten, Trusted Firmware-M, eindeutige Hardware-Schlüssel und Verfahren zur Aktualisierung der Gerätefirmware (DFU).

Board mit Arduino-Shield-Formfaktor

Das nRF7002-EK (Abbildung 1) enthält den nRF7002-IC auf einer Erweiterungsplatine im Arduino-Shield-Format mit einem Schnittstellenanschluss, der in kompatible Entwicklungskits für andere Nordic-Transceiver-ICs eingesteckt werden kann, um insbesondere die Integration von energieeffizientem Wi-Fi 6 mit anderen Kommunikationsprotokollen zu erleichtern.

Abbildung 1: Das Arduino-Shield von Nordic lässt sich in andere Entwicklungskits einbinden, um die Funktionen des Wi-Fi-6-Begleitchips einfacher in Anwendungen zu integrieren, die andere Nordic-Lösungen nutzen. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)

Zu den Wireless-Lösungen von Nordic, mit denen der nRF7002EK verwendet werden kann, um Wi-Fi 6 hinzuzufügen, gehören:

• Die extrem energieeffizienten SoCs nRF52840 und nRF5340 für Bluetooth 5.4 verfügen über Multiprotokoll-Transceiver für 2,4 GHz, die Bluetooth LE, Bluetooth Mesh, NFC, Thread und Zigbee unterstützen. Der nRF5340 verfügt über zwei Arm-Cortex-M33-Prozessoren und bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Performance und Wirkungsgrad. Der nRF52840 ist der fortschrittlichste SoC der nRF52-Familie mit einem einzelnen Arm-Cortex-M4-Prozessor, der für komplexere IoT-Anwendungen mit höherer Performance geeignet ist.
• Der nRF9160 ist der erste Baustein einer Serie von SiP-Mobilfunkkomponenten (SiP, System-in-Package) mit geringem Stromverbrauch für das IoT. Dieses SiP enthält ein LTE-M/NB-IoT-Modem, unterstützt zellenturmbasierte und GPS-basierte Ortungsdienste und umfasst ein HF-Frontend (RFFE) sowie ein integriertes Energiemanagement - alles in einem kompakten 10 mm x 16 mm x 1 mm großen Gehäuse.

Das nRF7002-EK kann auch verwendet werden, um den nRF7000 für Anwendungen zu emulieren, die Wi-Fi-SSID-basierte Ortung benötigen, und den nRF7001 für Wi-Fi-6-Verbindungen im 2,4-GHz-Band. Die Kombination aus einem Mobilfunk-SiP nRF9160 und einem nRF7000 ermöglicht es beispielsweise, ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS), eine zellbasierte Ortung und SSID-basierte Wi-Fi-Ortungsfunktionen in einer Anwendung zu kombinieren und so die bestmöglichen Ortungsergebnisse zu gewährleisten.

Erstellung von Multiprotokoll-Anwendungen

Das nRF7002-EK-Kit ist ein Huckepack-Kit für Nordic-Entwicklungskits für Transceiver-Lösungen, insbesondere das nRF52840-DK, das nRF5340-DK und das nRF9160-DK. Jedes dieser Entwicklungskits enthält Hardware, vorprogrammierte Firmware, Dokumentation, Hardware-Schaltpläne und Layout-Dateien.

Das Evaluierungskit wird direkt an ein kompatibles Entwicklungskit angeschlossen (Abbildung 2). Je nach Anwendung können das Serial Peripheral Interface (SPI) oder das Quad Serial Peripheral Interface (QSPI) verwendet werden.

Abbildung 2: Das nRF7002-EK (oben) lässt sich direkt in andere Nordic-Entwicklungskits wie das hier gezeigte nRF5340-DK einstecken. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)

Das quelloffene nRF Connect SDK von Nordic stellt die Tools und Bibliotheken bereit, die für die Entwicklung von Anwendungen auf den Entwicklungskits erforderlich sind, einschließlich der Erstellung und Programmierung von Firmware für das nRF7002-EK. Das SDK unterstützt Microsoft Windows, Linux und MacOS, integriert das Zephyr RTOS und ist mit den meisten Anwendungen und Beispielen von Zephyr kompatibel.

Das SDK enthält auch die maschinelle nRF-Lernanwendung, die in die Entwicklungsplattform Edge Impulse integriert werden kann, um Daten von Sensoren zu sammeln, das ML-Modell zu trainieren und das Modell auf dem nordischen Zielgerät einzusetzen. Weitere mögliche Anwendungen für das nRF7002-EK sind:

• Bestandsüberwachung
• - batteriebetriebene Wi-Fi-Produkte
• - intelligentes Haus (Smart Home), intelligente Stadt und intelligente Landwirtschaft
• - Industriesensoren
• - Wearables und Medizintechnik

Die Tools von Nordic bieten eine einfache Möglichkeit, die Wi-Fi-Begleitchips der nRF70-Serie mit anderen Wireless-Lösungen zu evaluieren und zu nutzen. Sie gewährleisten nahtlose Vernetzung und Multiprotokoll-Koexistenz, Wi-Fi-basierte Ortung mit nRF Cloud Location Services und SSID-Sniffing von lokalen Wi-Fi-Hubs.

Die Verwendung des nRF-7002-EK mit einem der kompatiblen Nordic-Entwicklungskits hilft, gängige Herausforderungen wie Kompatibilitätsprobleme, Signalinterferenzen durch mehrere drahtlose Übertragungen, Energiemanagement und Sicherheitsschwachstellen zu umgehen.

Fazit

Das nRF7002-EK von Nordic Semiconductor ist ein leistungsstarkes und vielseitiges Tool zur nahtlosen Integration von Wi-Fi-6-Funktionen mit anderen Kommunikationsprotokollen für IoT- und Smart-Device-Anwendungen. Durch die Verwendung des beliebten Arduino-Shield-Formfaktors lässt es sich leicht mit kompatiblen Nordic-Entwicklungskits verbinden, um Wi-Fi 6 für Host-Geräte freizuschalten, und ist vollständig in das nRF Connect SDK integriert, um die Entwicklung von Multiprotokoll-Anwendungen zu vereinfachen.