Fertige Kits zur schnellen und sicheren Erstellung und Bereitstellung von Multiprotokoll-IoT-Geräten

So sehr sich die Entwicklung von Geräten für das Internet der Dinge (IoT) auch weiterentwickelt hat, bleibt die Vernetzung der Geräte eine anhaltende Herausforderung. Vor einem Jahrzehnt war es eine Herausforderung, Geräte zu entwickeln, mit denen frühe IoT-Anwender ohne großen Aufwand eine Verbindung herstellen konnten. Heutzutage müssen IoT-Geräte nicht nur sofort nach dem Auspacken nahtlos vernetzt sein, sondern auch eine sichere Vernetzung über heterogene Netzwerke hinweg gewährleisten und gleichzeitig die Batterielebensdauer verlängern. Schrumpfende Lieferfristen erschweren das IoT-Design für Entwickler, die schnell auf den Wettbewerbsdruck reagieren müssen. Aus diesem Grund ist es unerlässlich geworden, ein funktionsreiches Entwicklungskit für energiesparende drahtlose SoC-Komponenten (System-on-Chip) zu finden, das durch ein umfassendes Ökosystem unterstützt wird. Ein solches Entwicklungskit von Nordic Semiconductor erfüllt alle Anforderungen.

Das nRF54L15 von Nordic ist ein Entwicklungskit auf Basis des Evaluierungsboards nRF54L15-DK (Abbildung 1), das zur Beschleunigung von IoT-Designs mit den drahtlosen SoCs der Serie nRF54L von Nordic, einschließlich des nRF54L15, entwickelt wurde. Es kann auch die Komponenten nRF54L10 und nRF54L05 emulieren. Neben einem vollständigen Satz von Hardware-Entwicklungsdateien enthält das Kit eine Platine, die Ihnen eine komplette drahtlose Entwicklungsplattform mit dem Wireless-SoC nRF54L15 von Nordic, 8 Megabyte (MB) externem Flash-Speicher, einem Energiemanagement-IC sowie Antennen für 2,4 Gigahertz (GHz) und Nahfeldkommunikation (NFC) bietet.

Abbildung 1: Das Entwicklungsboard nRF54L15-DK kombiniert einen Wireless-SoC nRF54L15, Flash-Speicher, Energiemanagement und Anschlüsse zu einer umfassenden Hardwareplattform, die die schnelle Bereitstellung sicherer Multiprotokoll-IoT-Geräte unterstützt. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)

Neben einer Reihe von Debug-Anschlüssen und Steckleisten für das Power-Profilingn bietet das Board mehrere Benutzerschnittstellen-Komponenten, darunter Leuchtdioden (LEDs) und Tasten für die manuelle Interaktion während der Software-Fehlersuche und -Ausführung. Drei Reihen von Anschlüssen führen die GPIO-Ports (General Purpose Input/Output) des SoC heraus und bieten Ihnen vollen Zugriff auf einen Wireless-SoC, der für batteriebetriebene IoT-Anwendungen entwickelt wurde.

Entwickelt für IoT-Anwendungen mit geringem Stromverbrauch

Die Wireless-SoC-Familie nRF54L von Nordic gehört zur vierten Generation der BLE-SoCs (BLE = Bluetooth Low Energy) von Nordic. Die Erfahrung von Nordic zeigt sich in der Zusammenstellung eines umfassenden Sets an Funktionen und Fähigkeiten, die Sie für Designs benötigen, die Multiprotokoll-Vernetzung und eine verlängerte Batterielebensdauer erfordern. Alle Mitglieder der nRF54L-Familie verfügen über dieselbe Architektur und unterscheiden sich lediglich in der Größe des nichtflüchtigen Speichers (NVM) und des Direktzugriffsspeichers (RAM), wobei der nRF54L15 mit 1,5 MB bzw. 256 KB (Kilobyte) die größte Kapazität bietet.

Die Architektur basiert auf zwei Prozessoren (Abbildung 2), darunter ein Arm-Cortex-M33-Hauptkern und ein RISC-V-Coprozessor von Nordic. Während der Arm-Cortex-M33-Prozessor die Anwendungsverarbeitung übernimmt, entlastet der RISC-V-Kern zeitkritische Aufgaben und sorgt für eine latenzarme Verarbeitung der I/O, Timer und Peripheriefunktionen der Architektur.

Abbildung 2: Die Wireless-SoCs nRF54L integrieren einen Arm-Cortex-M33- und einen RISC-V-Coprozessor mit einem Multiprotokoll-Transceiver und einer umfangreichen Peripherieausstattung. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)

Die nRF54L-Architektur geht auf die anhaltenden Bedenken hinsichtlich sichererer IoT-Komponenten ein und bietet mehrere wichtige Sicherheitsverbesserungen, darunter Arm TrustZone, Manipulationsschutz, kryptografische Beschleunigung, authentifizierte Fehlerbehebung, sichere Schlüsselspeicherung und einen unveränderlichen Boot-Bereich, der die Vertrauensbasis bildet. In Kombination bieten Ihnen diese Funktionen die erforderliche Grundlage für sichere Over-the-Air-Updates, einen sicheren Startvorgang und die sichere Ausführung vertrauenswürdiger Anwendungen.

Für die drahtlose Kommunikation übernimmt der Arm-Cortex-M33-Prozessor die Ausführung von Multiprotokoll-Wireless-Stacks. Er arbeitet in Kombination mit dem integrierten Multiprotokoll-Transceiver bei 2,4 Gigahertz (GHz) und geringem Stromverbrauch, der eine Sendeleistung von 8 Dezibel bezogen auf 1 Milliwatt (dBm) und eine Empfangsempfindlichkeit von -96 dBm bietet.

Die Kombination aus Stack-Verfügbarkeit und Hardware-Leistungsfähigkeit gibt Ihnen die Gewissheit, dass Ihr Design eine Vielzahl führender Netzwerktechnologien und IoT-Protokolle unterstützt, darunter Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk und proprietäre 2,4-GHz-Protokolle mit bis zu 4 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Wenn Ihr IoT-Gerät auch Wi-Fi-Koexistenz unterstützen muss, führt der Arm-Cortex-M33-Prozessor den Wi-Fi-Stack für einen Wi-Fi-Begleitchip der Nordic-Serie nRF70 aus, der für eine einfache Verbindung mit den SoCs der nRF-Serie von Nordic, wie z. B. der nRF54L-Familie, entwickelt wurde.

Die Wireless-SoCs nRF54L sind vollständig für BLE Core 6.0 qualifiziert und bieten Funktionen wie Bluetooth Channel Sounding. Channel Sounding verspricht eine neue Dimension der präzisen und sicheren Entfernungsmessung, die für Tags, Smart Locks, Haushaltsgeräte und die Bestandsverfolgung der nächsten Generation erforderlich ist.

Software-Ressourcen beschleunigen das Design von IoT-Software

Während das Entwicklungskit nRF54L15-DK eine gebrauchsfertige Hardwareplattform für die Entwicklung von nRF54L-basierten Geräten bietet, stellt das SDK (Software Development Kit) nRF Connect von Nordic (Abbildung 3) eine umfassende Softwarebasis für die schnelle Erstellung von IoT-Softwareanwendungen bereit. Das SDK bietet ein erweiterbares Framework für die Erstellung von Software, das von spezialisierten Routinen, die für Geräte mit begrenzten Ressourcen optimiert sind, bis hin zu Softwarepaketen für komplexe Anwendungen reicht.

Abbildung 3: Das SDK „nRF Connect“ bietet einen umfassenden Software-Stack zur Beschleunigung der Entwicklung anspruchsvoller IoT-Anwendungen. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)

Der SDK-Code von nRF Connect kombiniert den quelloffenen sicheren Bootloader MCUBoot und das quelloffene Echtzeitbetriebssystem (RTOS) Zephyr, das von Systemen mit begrenztem Speicherplatz auf Konfigurationen mit großem Speicherplatz skaliert werden kann. Aufbauend auf diesen Kombinationen bieten die Pakete nrf und nrfxlib von Nordic die Verbindungsprotokollstacks, die Sie für BLE, Bluetooth Mesh, Wi-Fi, Matter und Thread/Zigbee benötigen. Middleware-Bibliotheken bieten Hardwaretreiber, Sicherheitsfirmware und unterstütze Netzwerkprotokolle, darunter CoAP (Constrained Application Protocol) und MQTT (Message Queuing Telemetry Transport).

Das öffentlich zugängliche nRF-Connect-SDK-Repository von Nordic enthält eine Vielzahl von Beispielanwendungen, die Ihnen einen schnellen Einstieg in die Erstellung Ihres Anwendungsquellcodes ermöglichen. Nach der Erstellung der Codebasis mit dem SDK nRF Connect können Sie dank der Verwendung von Konfigurationsdateien (*.conf) und Devicetree-Dateien (*.dts) in der Nordic-Umgebung Ihren Quellcode ganz einfach für verschiedene Anwendungen auf unterschiedlichen Hardwarekonfigurationen neu ausrichten (Abbildung 4).

Abbildung 4: Das Softwareentwicklungs-Framework von Nordic vereinfacht die Erstellung von Anwendungsquellcode, der leicht für die Entwicklung einzigartiger Anwendungen auf unterschiedlichen Hardwarekonfigurationen angepasst werden kann. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)

Fazit

Die Nachfrage nach sicherer, multiprotokollfähiger Vernetzung hat die Herausforderungen für IoT-Entwickler, die bereits mit immer kürzeren Lieferfristen zu kämpfen haben, noch verschärft. Das Entwicklungskit nRF54L15 von Nordic Semiconductor bietet eine umfassende Hardware-/Software-Grundlage für die schnelle Entwicklung von IoT-Geräten mit geringem Stromverbrauch, die den neuen Anforderungen gerecht werden.