اگرچه توسعه دستگاههای اینترنت اشیا (IoT) به طور مداوم در حال پیشرفت است، اتصال بین دستگاهها همچنان یک چالش دائمی برای طراحان است. ده سال پیش، طراحی دستگاه هایی که کاربران اولیه اینترنت اشیا بتوانند به راحتی به آن متصل شوند، یک چالش بود. امروزه، دستگاههای اینترنت اشیا نه تنها به اتصال یکپارچه از جعبه نیاز دارند، بلکه باید ضمن افزایش عمر باتری، از اتصال ایمن در سراسر شبکههای ناهمگن اطمینان حاصل کنند. برای توسعه دهندگانی که نیاز به واکنش سریع به فشار رقابتی دارند، کوتاه شدن زمان تحویل، طراحی اینترنت اشیا را پیچیده تر خواهد کرد. بنابراین، یافتن یک کیت توسعه غنی از ویژگیها که بتواند با یک اکوسیستم جامع برای سیستمهای بیسیم کم مصرف روی دستگاههای تراشه (SoC) سازگار شود، بسیار مهم است. یک کیت توسعه از این نوع ارائه شده توسط Nordic Semiconductor می تواند تمام الزامات را برآورده کند.
nRF54L15 Nordic یک کیت توسعه مبتنی بر برد ارزیابی nRF54L15-DK است (شکل 1) که برای تسریع طراحی اینترنت اشیا با استفاده از SoC بی سیم سری nRF54L Nordic (شامل nRF54L15) طراحی شده است. این کیت توسعه همچنین می تواند دستگاه های nRF54L10 و nRF54L05 را شبیه سازی کند. این کیت علاوه بر فایلهای طراحی سختافزاری کامل، یک برد مدار نیز دارد که یک پلتفرم توسعه بیسیم کامل مجهز به SoC بیسیم nRF54L15 Nordic، حافظه فلش خارجی ۸ مگابایتی، آیسی مدیریت انرژی و آنتنهای ۲.۴ گیگاهرتز و ارتباط میدان نزدیک (NFC) را در اختیار شما قرار میدهد.
شکل 1: برد توسعه nRF54L15-DK SoC بی سیم nRF54L15، حافظه فلش، آی سی مدیریت انرژی و کانکتور را یکپارچه می کند و یک پلت فرم سخت افزاری جامع را تشکیل می دهد که از استقرار سریع دستگاه های چند پروتکل ایمن اینترنت اشیا پشتیبانی می کند. (منبع تصویر: Nordic Semiconductor)
این برد توسعه علاوه بر مجموعه ای از کانکتورهای رفع اشکال و کانکتورهای تجزیه و تحلیل توان، چندین مؤلفه رابط کاربری از جمله دیودهای ساطع نور (LED) و دکمه هایی برای تعامل دستی در حین اشکال زدایی و اجرای نرم افزار در اختیار شما قرار می دهد. سه مجموعه کانکتور به درگاه ورودی/خروجی همه منظوره (GPIO) SoC منتهی میشوند و به شما این امکان را میدهند که SoC بیسیمی را که به طور خاص برای برنامههای IoT با باتری ساخته شده است، کنترل کنید.
به ویژه برای برنامه های کاربردی اینترنت اشیا کم مصرف طراحی شده است
سری SoC بی سیم nRF54L Nordic یکی از نسل چهارم تراشه های بلوتوث کم مصرف نوردیک (BLE) است. قدرت فن آوری Nordic به طور کامل در ترکیب جامع ویژگی ها و عملکرد آن منعکس شده است، که دقیقاً همان چیزی است که هنگام طراحی اتصال چند پروتکلی و راه حل های عمر باتری افزایش یافته به آن نیاز دارید. تمام محصولات سری nRF54L از معماری یکسانی استفاده می کنند، با تفاوت در اندازه حافظه غیر فرار (NVM) و حافظه دسترسی تصادفی (RAM) که nRF54L15 به ترتیب دارای بیشترین ظرفیت 1.5 مگابایت و 256 کیلوبایت است.
این معماری بر روی یک جفت پردازنده ساخته شده است (شکل 2)، از جمله هسته اصلی Arm Cortex-M33 و پردازنده کمکی RISC-V خود توسعه یافته Nordic. هنگامی که پردازنده Arm Cortex-M33 در حال پردازش برنامهها است، وظایف حیاتی را به هسته RISC-V واگذار میکند و پردازش با تاخیر کم را برای I/O، تایمرها و تجهیزات جانبی معماری ارائه میکند.
شکل 2: تراشه بی سیم nRF54L Arm Cortex-M33، پردازنده کمکی RISC-V، فرستنده گیرنده چند پروتکلی و انواع تجهیزات جانبی را ادغام می کند. (منبع تصویر: Nordic Semiconductor)
معماری nRF54L نگرانیهای مداوم مردم در مورد دستگاههای IoT ایمنتر را از بین میبرد و چندین پیشرفت امنیتی کلیدی، از جمله Arm TrustZone، ضد دستکاری، شتاب رمزگذاری، اشکالزدایی احراز هویت شده، ذخیرهسازی کلید امن، و منطقه راهاندازی غیرقابل تغییر برای ایجاد یک ریشه اعتماد را پیادهسازی میکند. روی هم رفته، این ویژگیها پایه و اساس لازم را برای بهروزرسانیهای بیسیم ایمن، راهاندازی امن و اجرای امن برنامههای مورد اعتماد فراهم میکنند.
برای ارتباط بی سیم، پردازنده Arm Cortex-M33 وظیفه مدیریت اجرای پشته های بی سیم چند پروتکلی را بر عهده دارد. این پردازنده، هنگامی که همراه با یک فرستنده یکپارچه چند پروتکلی کم مصرف 2.4 گیگاهرتزی استفاده می شود، می تواند 8 دسی بل (بر اساس توان انتقال 1 میلی وات (dBm)) و حساسیت دریافت -96 دسی بل را ارائه دهد.
هم افزایی منابع پشته و عملکرد سخت افزار تضمین می کند که طراحی شما از فناوری های مختلف اتصال پیشرو و پروتکل های IoT، از جمله بلوتوث 6.0، BLE، Zigbee، Thread، Matter، Amazon Sidewalk و پروتکل های اختصاصی 2.4 گیگاهرتز، با سرعت حداکثر 4 مگابیت در ثانیه (Mb/s) پشتیبانی می کند. اگر دستگاه اینترنت اشیا شما همچنان نیاز به پشتیبانی از همزیستی با وای فای دارد، پردازنده Arm Cortex-M33 پشته وای فای تراشه همراه وای فای سری Nordic nRF70 را اجرا می کند. این تراشه می تواند به راحتی به SoC های سری Nordic nRF مانند سری nRF54L متصل شود.
SoC بی سیم nRF54L به طور کامل الزامات BLE Core 6.0 را برآورده می کند و دارای عملکردهایی مانند تشخیص کانال بلوتوث است. فناوری تشخیص کانال می تواند به دقت انقلابی و قابلیت های محدوده ایمن برای رفع نیازهای نسل جدید برچسب های الکترونیکی، قفل های هوشمند درب، لوازم خانگی و سیستم های ردیابی دارایی دست یابد.
منابع نرم افزاری طراحی نرم افزار اینترنت اشیا را سرعت می بخشد
کیت توسعه nRF54L15-DK یک پلت فرم سخت افزاری آماده برای توسعه دستگاه های مبتنی بر nRF54L فراهم می کند، در حالی که کیت توسعه نرم افزار Nordic nRF Connect (SDK) (شکل 3) یک پایه نرم افزاری جامع برای ساخت سریع برنامه های نرم افزاری اینترنت اشیا ارائه می دهد. SDK یک چارچوب قابل توسعه برای ایجاد نرم افزارهای مختلف، از روال های اختصاصی بهینه شده برای دستگاه های محدود به منابع گرفته تا بسته های نرم افزاری ساخته شده برای برنامه های کاربردی پیچیده، فراهم می کند.
شکل 3: nRF Connect SDK یک پشته نرم افزاری جامع را فراهم می کند که توسعه برنامه های کاربردی پیچیده اینترنت اشیا را تسریع می کند. (منبع تصویر: Nordic Semiconductor)
کد nRF Connect SDK بوت بارگذار امن MCUBoot منبع باز را با سیستم عامل زمان واقعی Zephyr (RTOS) با منبع باز ترکیب میکند و امکان مقیاسپذیری از سیستمهای محدود حافظه تا پیکربندیهای حافظه بزرگ را فراهم میکند. بر اساس این ترکیبها، بستههای نرمافزاری nrf و nrfxlib Nordic پشتههای پروتکل اتصال مورد نیاز برای BLE، شبکههای مش بلوتوث، وایفای، Matter و Thread/Zigbee را فراهم میکنند. کتابخانه میانافزار درایورهای سختافزار، سفتافزار ایمن و پشتیبانی از پروتکلهای اتصال، از جمله پروتکل برنامه محدود (CoAP) و انتقال تله متری صف پیام (MQTT) را فراهم میکند.
مخزن nRF Connect SDK ارائه شده توسط Nordic شامل تعداد زیادی نمونه برنامه است که ساخت سریع کد منبع برنامه را برای شما آسان می کند. پس از ساخت مخزن کد با استفاده از nRF Connect SDK، محیط Nordic به شما این امکان را می دهد که با استفاده از فایل های پیکربندی (*. conf) و فایل های درختی دستگاه (*. dts) به راحتی کد منبع را به برنامه های مختلف در پیکربندی های سخت افزاری مختلف منتقل کنید (شکل 4).