Un kit pronto per l'uso consente di creare e distribuire rapidamente dispositivi IoT multiprotocollo sicuri

Nonostante l'evoluzione dei dispositivi per Internet delle cose (IoT), la loro connettività rimane una sfida persistente. Dieci anni fa, era difficile progettare dispositivi IoT a cui i primi utenti dell'IoT potessero connettersi senza problemi. Oggigiorno, i dispositivi IoT non solo devono potersi connettere fin dal primo momento, ma devono anche garantire una connettività sicura su reti eterogenee, massimizzando al contempo la durata della batteria. La riduzione dei tempi di commercializzazione complica ulteriormente la progettazione IoT per gli sviluppatori che devono rispondere rapidamente alla pressione della concorrenza. Ecco perché è diventato essenziale trovare un kit di sviluppo ricco di funzionalità per dispositivi System-on-Chip (SoC) wireless a basso consumo, supportato da un ecosistema completo. Uno di questi kit di sviluppo prodotto da Nordic Semiconductor soddisfa tutti i requisiti.

nRF54L15 di Nordic è un kit di sviluppo basato sulla scheda di valutazione nRF54L15-DK (Figura 1) progettata per accelerare i progetti IoT utilizzando la serie di SoC wireless nRF54L di Nordic, tra cui nRF54L15. Può anche emulare i dispositivi nRF54L10 e nRF54L05. Oltre a un set completo di file di progettazione hardware, il kit include una scheda come piattaforma di sviluppo wireless completa con SoC wireless nRF54L15 di Nordic, 8 MB di memoria flash esterna, un CI di gestione dell'alimentazione e antenne da 2,4 Ghz e per comunicazioni NFC.

Figura 1: La scheda di sviluppo nRF54L15-DK combina un SoC wireless nRF54L15, memoria flash, gestione dell'alimentazione e connettori per formare una piattaforma hardware completa che supporta la rapida implementazione di dispositivi IoT multiprotocollo sicuri. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Oltre a un set di connettori di debug e basette di profilazione della potenza, la scheda offre diversi componenti di interfaccia utente, tra cui diodi luminescenti (LED) e pulsanti per l'interazione manuale durante il debug e l'esecuzione del software. Tre banchi di connettori offrono le porte GPIO (ingresso/uscita per uso generale) del SoC per l'accesso completo a un SoC wireless progettato per applicazioni IoT alimentate a batteria.

Progettato per applicazioni IoT a basso consumo

La famiglia di SoC wireless nRF54L di Nordic fa parte della quarta generazione di SoC Bluetooth Low Energy (BLE) di Nordic. L'esperienza di Nordic è evidente nella raccolta di un set completo di funzionalità e capacità in progetti che richiedono connettività multiprotocollo e durata estesa della batteria. Tutti i componenti della famiglia nRF54L hanno la medesima architettura, si differenziano solo per la quantità di memoria non volatile (NVM) e di memoria ad accesso casuale (RAM); il modello nRF54L15 offre la quantità maggiore, rispettivamente 1,5 MB e 256 kB.

L'architettura è costruita attorno a una coppia di processori (Figura 2), tra cui un core ARM Cortex-M33 e il coprocessore RISC-V di Nordic. Mentre il processore ARM Cortex-M33 gestisce l'elaborazione delle applicazioni, il core RISC-V si occupa delle attività critiche in termini di tempo, garantendo un'elaborazione a bassa latenza per il set di I/O, timer e periferiche dell'architettura.

Figura 2: I SoC wireless nRF54L integrano un coprocessore ARM Cortex-M33 e RISC-V con un transceiver multiprotocollo e un ampio set di periferiche. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

L'architettura nRF54L risponde alle attuali preoccupazioni di dispositivi IoT più sicuri, presentando molteplici miglioramenti chiave della sicurezza, tra cui ARM TrustZone, mitigazione delle manomissioni, accelerazione crittografica, debug autenticato, archiviazione sicura delle chiavi e una regione di avvio immutabile che stabilisce la radice di attendibilità. Insieme, queste funzionalità forniscono le basi necessarie per aggiornamenti OTA sicuri, avvio sicuro ed esecuzione sicura di applicazioni affidabili.

Per le comunicazioni wireless, il processore ARM Cortex-M33 gestisce l'esecuzione di stack wireless multiprotocollo. Funziona in combinazione con il transceiver multiprotocollo a bassa potenza integrato da 2,4 GHz, che offre 8 dBm di potenza di trasmissione e una sensibilità di ricezione di -96 dBm.

La combinazione di disponibilità dello stack e capacità hardware dà la certezza che il progetto potrà supportare un'ampia gamma di tecnologie di connettività e protocolli IoT leader, tra cui Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk e protocolli proprietari a 2,4 GHz fino a 4 Mbps. Se il dispositivo IoT deve supportare anche la coesistenza Wi-Fi, il processore ARM Cortex-M33 eseguirà lo stack Wi-Fi per un chip complementare Wi-Fi nRF70 di Nordic progettato per connettersi facilmente ai SoC serie nRF, come la famiglia nRF54L di Nordic.

I SoC wireless nRF54L sono pienamente qualificati per BLE core 6.0 e offrono funzionalità come Bluetooth Channel Sounding, che promette un nuovo livello di misurazione della distanza accurata e sicura, richiesta per i tag di nuova generazione, le serrature intelligenti, gli elettrodomestici e il monitoraggio delle risorse.

Le risorse software velocizzano la progettazione del software IoT

Mentre il kit di sviluppo nRF54L15-DK fornisce una piattaforma hardware pronta per l'uso per lo sviluppo di dispositivi basati su nRF54L, il kit di sviluppo software (SDK) nRF Connect di Nordic (Figura 3) è una base software completa per la rapida creazione di applicazioni software IoT. Questo SDK funge da framework estensibile per la creazione di software che spazia da routine specializzate ottimizzate per dispositivi con risorse limitate a pacchetti software sviluppati per applicazioni complesse.

Figura 3: L'SDK nRF Connect offre uno stack software completo per accelerare lo sviluppo di applicazioni IoT sofisticate. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Il codice dell'SDK nRF Connect combina il bootloader sicuro open-source MCUBoot e il sistema operativo in tempo reale (RTOS) open-source Zephyr, in grado di passare da sistemi con limiti di memoria a configurazioni con memoria elevata. Basandosi su queste combinazioni, i pacchetti nrf e nrfxlib di Nordic forniscono gli stack di protocolli di connettività necessari per BLE, Bluetooth Mesh, Wi-Fi, Matter e Thread/Zigbee. Le librerie middleware forniscono i driver hardware, firmware di sicurezza e supportano protocolli di connettività, tra cui Constrained Application Protocol (CoAP) e Message Queuing Telemetry Transport (MQTT).

un'ampia gamma di applicazioni di esempio, incluse nel repository nRF Connect SDK di Nordic e disponibile al pubblico, consente di iniziare subito a creare il codice sorgente dell'applicazione desiderata. Dopo aver creato la base di codice con l'SDK nRF Connect, l'utilizzo dei file di configurazione (*.conf) e dei file devicetree (*.dts) dell'ambiente Nordic consente di riorientare facilmente il codice sorgente per diverse applicazioni su varie configurazioni hardware (Figura 4).

Figura 4: Il framework di sviluppo software di Nordic semplifica la creazione del codice sorgente dell'applicazione, che può essere facilmente riorientato per creare applicazioni uniche in esecuzione su diverse configurazioni hardware. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Conclusione

La richiesta di connettività multiprotocollo sicura ha aggravato le sfide per gli sviluppatori IoT, che già si trovano ad affrontare tempi di commercializzazione sempre più compressi. Il kit di sviluppo nRF54L15 di Nordic Semiconductor funge da base hardware/software completa per lo sviluppo rapido di dispositivi IoT a basso consumo in grado di soddisfare i requisiti emergenti.