Hoewel de ontwikkeling van Internet of Things (IoT)-apparaten voortdurend voortgaat, blijft de connectiviteit tussen apparaten een aanhoudende uitdaging voor ontwerpers. Tien jaar geleden was het een uitdaging om apparaten te ontwerpen waar vroege IoT-gebruikers gemakkelijk verbinding mee konden maken. Tegenwoordig vereisen IoT-apparaten niet alleen een naadloze out-of-the-box connectiviteit, maar moeten ze ook zorgen voor veilige connectiviteit over heterogene netwerken en tegelijkertijd de levensduur van de batterij verlengen. Voor ontwikkelaars die snel moeten reageren op concurrentiedruk zal het verkorten van de levertijden het IoT-ontwerp verder compliceren. Daarom wordt het uiterst belangrijk om een ontwikkelingskit te vinden die rijk is aan functies en die zich kan aanpassen aan een uitgebreid ecosysteem voor draadloze System-on-Chip (SoC)-apparaten met laag vermogen. Een dergelijke ontwikkelkit van Nordic Semiconductor kan aan alle eisen voldoen.
De nRF54L15 van Nordic is een ontwikkelingskit gebaseerd op het nRF54L15-DK evaluatiebord (Afbeelding 1), ontworpen om het IoT-ontwerp te versnellen met behulp van de draadloze SoC uit de nRF54L-serie van Nordic (inclusief nRF54L15). Deze ontwikkelingskit kan ook nRF54L10- en nRF54L05-apparaten simuleren. Naast de volledige hardware-ontwerpbestanden bevat de kit ook een printplaat die u voorziet van een compleet draadloos ontwikkelingsplatform uitgerust met Nordic's nRF54L15 draadloze SoC, 8 MB extern flashgeheugen, energiebeheer-IC en 2,4 GHz en Near Field Communication (NFC) antennes.
Afbeelding 1: Het nRF54L15-DK-ontwikkelbord integreert de nRF54L15 draadloze SoC, flashgeheugen, energiebeheer-IC en connector en vormt een uitgebreid hardwareplatform dat de snelle implementatie van veilige multi-protocol IoT-apparaten ondersteunt. (Afbeeldingsbron: Nordic Semiconductor)
Naast een set debugging-connectoren en power-analyse-connectoren biedt dit ontwikkelbord u ook meerdere gebruikersinterfacecomponenten, waaronder light-emitting diodes (LED's) en knoppen voor handmatige interactie tijdens het debuggen en uitvoeren van software. Drie sets connectoren leiden naar de GPIO-poort (General Purpose Input/Output) van de SoC, waardoor u de draadloze SoC die speciaal is gebouwd voor IoT-toepassingen op batterijen volledig kunt bedienen.
Speciaal ontworpen voor IoT-toepassingen met laag vermogen
De nRF54L draadloze SoC-serie van Nordic is een van Nordic's vierde generatie low-power Bluetooth (BLE) SoC's. De technologische kracht van Nordic komt volledig tot uiting in de uitgebreide combinatie van functies en prestaties, wat precies is wat u nodig heeft bij het ontwerpen van multi-protocol connectiviteit en oplossingen met een langere levensduur van de batterij. Alle producten in de nRF54L-serie gebruiken dezelfde architectuur, met als verschil de grootte van het niet-vluchtige geheugen (NVM) en het RAM-geheugen (Random Access Memory), waarbij nRF54L15 de grootste capaciteit heeft van respectievelijk 1,5 MB en 256 KB.
Deze architectuur is gebouwd op een paar processors (Afbeelding 2), waaronder de Arm Cortex-M33-hoofdkern en de zelfontwikkelde RISC-V-coprocessor van Nordic. Wanneer de Arm Cortex-M33-processor applicaties verwerkt, draagt hij tijdkritische taken over aan de RISC-V-kern, waardoor verwerking met lage latentie wordt geboden voor de I/O, timers en randapparatuur van de architectuur.
Afbeelding 2: De nRF54L draadloze SoC integreert Arm Cortex-M33, RISC-V-coprocessor, multi-protocol transceiver en een verscheidenheid aan randapparatuur. (Afbeeldingsbron: Nordic Semiconductor)
De nRF54L-architectuur elimineert de voortdurende zorgen van mensen over veiligere IoT-apparaten en implementeert meerdere belangrijke beveiligingsverbeteringen, waaronder Arm TrustZone, fraudebestendig, coderingsversnelling, geauthenticeerde foutopsporing, veilige sleutelopslag en een onveranderlijke opstartzone voor het opzetten van een trust root. Alles bij elkaar vormen deze functies de noodzakelijke basis voor veilige draadloze updates, veilig opstarten en veilige uitvoering van vertrouwde applicaties.
Voor draadloze communicatie is de Arm Cortex-M33-processor verantwoordelijk voor het afhandelen van de uitvoering van draadloze multi-protocolstacks. Deze processor kan, wanneer hij wordt gebruikt in combinatie met een geïntegreerde 2,4 GHz-transceiver met multiprotocol en laag vermogen, 8 decibel leveren (gebaseerd op een zendvermogen van 1 milliwatt (dBm)) en een ontvangstgevoeligheid van -96 dBm.
De synergie van stapelbronnen en hardwarefunctionaliteit zorgt ervoor dat uw ontwerp verschillende toonaangevende connectiviteitstechnologieën en IoT-protocollen ondersteunt, waaronder Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk en eigen 2,4 GHz-protocollen, met snelheden tot 4 megabits per seconde (Mb/s). Als uw IoT-apparaat nog steeds co-existentie met Wi-Fi moet ondersteunen, zal de Arm Cortex-M33-processor de Wi-Fi-stack van de Nordic nRF70-serie Wi-Fi-companion-chip gebruiken. Deze chip kan eenvoudig worden aangesloten op SoC's uit de Nordic nRF-serie, zoals de nRF54L-serie.
De nRF54L draadloze SoC voldoet volledig aan de eisen van BLE Core 6.0 en beschikt over functies zoals Bluetooth-kanaaldetectie. Kanaaldetectietechnologie kan revolutionaire precisie en veilige bereikmogelijkheden bereiken om te voldoen aan de behoeften van de nieuwe generatie elektronische tags, slimme deursloten, huishoudelijke apparaten en systemen voor het volgen van activa.
Softwarebronnen versnellen het ontwerp van IoT-software
De nRF54L15-DK-ontwikkelkit biedt een kant-en-klaar hardwareplatform voor het ontwikkelen van apparaten op basis van nRF54L, terwijl de Nordic nRF Connect-softwareontwikkelingskit (SDK) (Afbeelding 3) een uitgebreide softwarebasis biedt voor het snel bouwen van IoT-softwaretoepassingen. SDK biedt een uitbreidbaar raamwerk voor het maken van verschillende software, van speciale routines die zijn geoptimaliseerd voor apparaten met beperkte middelen tot softwarepakketten die zijn gebouwd voor complexe toepassingen.
Figuur 3: De nRF Connect SDK biedt een uitgebreide softwarestack die de ontwikkeling van complexe IoT-toepassingen versnelt. (Afbeeldingsbron: Nordic Semiconductor)
De nRF Connect SDK-code combineert de open-source MCUBoot veilige bootloader met het open-source Zephyr real-time besturingssysteem (RTOS), waardoor schaalbaarheid mogelijk is van systemen met beperkt geheugen tot grote geheugenconfiguraties. Op basis van deze combinaties bieden Nordic's nrf- en nrfxlib-softwarepakketten de connectiviteitsprotocolstacks die nodig zijn voor BLE, Bluetooth mesh-netwerken, Wi-Fi, Matter en Thread/Zigbee. De middlewarebibliotheek biedt hardwarestuurprogramma's, veilige firmware en ondersteuning voor verbindingsprotocollen, waaronder Constrained Application Protocol (CoAP) en Message Queuing Telemetry Transport (MQTT).
De door Nordic geleverde nRF Connect SDK-repository bevat een groot aantal voorbeeldapplicaties, waardoor u gemakkelijk snel de broncode van applicaties kunt bouwen. Nadat u de coderepository hebt gebouwd met behulp van de nRF Connect SDK, kunt u in de Scandinavische omgeving de broncode eenvoudig verplaatsen naar verschillende applicaties op verschillende hardwareconfiguraties met behulp van configuratiebestanden (*. conf) en apparaatboombestanden (*. dts) (Afbeelding 4).