Standardizzare l'interconnettività domotica con 'Matter'

Il settore dell'elettronica offre una moltitudine di prodotti innovativi per la casa intelligente, ma è stata lenta nel fornire ai consumatori la possibilità di farli interagire tra loro senza problemi e fin da subito.

Molti dei più importanti fornitori di piattaforme, produttori di dispositivi e aziende di semiconduttori stanno abbracciando lo standard di connettività Matter, che sperano possa finalmente colmare le numerose lacune che da anni assillano i progettisti.

Matter si propone di superare i problemi di interconnettività domotica che affliggevano gli standard precedenti, consentendo il controllo dei dispositivi da parte di più ecosistemi. Silicon Labs sta contribuendo a promuovere questa transizione con soluzioni di core in silicio, strumenti di sviluppo e servizi necessari per progettare, costruire, certificare e distribuire prodotti conformi a Matter.

Il panorama della domotica e, più in generale, dell'ambiente IoT è stato plasmato da vari standard di interconnettività, ognuno con i suoi punti di forza e di debolezza. Tra questi rientra Zigbee con la sua necessità di hub proprietari o controller integrati, i requisiti di consumo energetico del Wi-Fi che non sono pratici per i dispositivi alimentati a batteria e la scarsa copertura e reattività del Bluetooth Low Energy (BLE), criteri necessari per ambienti più ampi e sempre attivi. Thread, un protocollo di rete a maglie basato su IP e ottimizzato per il basso consumo energetico e l'affidabilità, funziona bene per dispositivi di piccole dimensioni e sempre attivi, ma ha una larghezza di banda ridotta e richiede uno stack a livello applicativo per l'interoperabilità tra fornitori.

Gli ecosistemi specifici di piattaforma come Apple HomeKit, Google Home, Amazon Alexa e Samsung SmartThings presentano un ambiente di sviluppo frammentato. Matter è stato introdotto nel 2022 per promuovere l'interoperabilità, il controllo locale e consentire ai dispositivi di connettersi simultaneamente ed essere controllati da più ecosistemi e piattaforme.

È un protocollo a livello applicativo che funziona tramite Wi-Fi, Ethernet e Thread e utilizza BLE per la messa in funzione e la configurazione dei dispositivi. Comprende elementi di Google Weave, Apple HomeKit e Zigbee, sotto l'egida della Connectivity Standards Alliance (CSA), l'evoluzione rinominata e ampliata della Zigbee Alliance.

Tra gli oltre 700 membri della CSA figurano i fornitori di piattaforme e dispositivi Apple, Google, Amazon e Samsung; rivenditori al dettaglio come Home Depot e IKEA; numerosi produttori di dispositivi e fornitori di silicio e software come Silicon Labs.

La CSA fornisce agli sviluppatori una connettività di base pronta all'uso, un kit di sviluppo software open-source unificato in Matter, modelli di dispositivi standardizzati e sicurezza integrata con comunicazioni crittografate e onboarding sicuro. Ciò consente lo sviluppo di un'unica versione del prodotto in grado di funzionare su più ecosistemi, risparmiando nel tempo e nei costi associati alla prototipazione e offrendo al contempo una compatibilità plug-and-play immediata.

Con Matter, un router di confine collega le reti a maglie Thread a basso consumo ad altre reti IP come Wi-Fi ed Ethernet, senza dover tradurre i messaggi tra protocolli incompatibili, come avviene tipicamente nei gateway IoT tradizionali.

Silicon Labs gioca d'anticipo

Silicon Labs è un attore chiave della CSA e uno dei principali contributori al repository GitHub. L'azienda porta con sé la propria competenza nello sviluppo del silicio e di strumenti di sviluppo per protocolli wireless, tra cui Thread, Wi-Fi e Bluetooth.

Integrando queste capacità in Matter, Silicon Labs ha introdotto la famiglia xG26 (Figura 1), una gamma di System-on-Chip (SoC) wireless e microcontroller (MCU) basati su una piattaforma comune.

Figura 1: La famiglia di prodotti xG26 comprende tre gruppi di dispositivi, guidati dal multiprotocollo simultaneo MG26. (Immagine per gentile concessione di Silicon Labs)

Basati su un core ARM Cortex-M33 e con supporto per 3 MB di flash e 512 kB di RAM max, i chip xG26 offrono una potenza di calcolo capace di far fronte ad applicazioni complesse, con acceleratore hardware IA/ML integrato per l'edge computing reattivo ed efficiente.

I SoC EFR32MG26 (MG26) offrono connettività wireless di rete a maglie IoT con i protocolli Matter, OpenThread e Zigbee. Sono dotati di memoria flash fino a 2.300 kB e di 512 kB di RAM, il doppio rispetto a quanto disponibile nei dispositivi della generazione precedente. Offrono prestazioni solide e sicurezza a livello hardware per prodotti di domotica, illuminazione e automazione degli edifici e possono essere eseguiti su ecosistemi come Google Home o Apple HomeKit, con la capacità di adattarsi ai casi d'uso emergenti.

La famiglia xG26 comprende anche i SoC EFR32BG26 (BG26) ottimizzati per Bluetooth LE e rete a maglie, adatti per applicazioni intelligenti di illuminazione e per dispositivi medici portatili, oltre agli MCU per uso generale EFM32PG26 (PG26) progettati per applicazioni che richiedono elaborazione robusta senza connettività wireless. Sono inoltre disponibili diverse schede di valutazione, tra cui il kit di esplorazione XG26-EK2709A (Figura 2), una piattaforma di sviluppo e valutazione con fattore di forma compatto per la prototipazione rapida di applicazioni IoT per protocolli wireless a 2,4 GHz, tra cui Bluetooth LE, Bluetooth Mesh, Zigbee, Thread e Matter.

Figura 2: XG26-EK2709A include un'interfaccia USB, un debugger SEGGER J-Link integrato, due LED utente e due pulsanti, con il supporto per schede add-on hardware tramite una presa mikroBus e un connettore Qwiic. (Immagine per gentile concessione di Silicon Labs)

Conclusione

La famiglia xG26 di Silicon Labs offre ampia potenza di calcolo, memoria e funzionalità integrate come l'accelerazione dell'apprendimento automatico e la sicurezza avanzata per supportare un'ampia gamma di applicazioni per dispositivi a basso consumo energetico e sempre attivi che devono essere sicuri, reattivi e compatibili con gli standard emergenti. Che si tratti di progettare dispositivi multiprotocollo concorrenti, prodotti solo Bluetooth o sistemi embedded non wireless, la famiglia xG26 soddisfa l'intero spettro delle esigenze di progettazione con un'architettura condivisa che abbraccia potenza di calcolo, configurazione della memoria, funzionalità di sicurezza e strumenti di sviluppo.