Obwohl die Entwicklung von Geräten für das Internet der Dinge (IoT) ständig voranschreitet, bleibt die Konnektivität zwischen Geräten eine anhaltende Herausforderung für Designer. Vor zehn Jahren war die Entwicklung von Geräten, mit denen sich frühe IoT-Benutzer problemlos verbinden konnten, eine Herausforderung. Heutzutage erfordern IoT-Geräte nicht nur eine nahtlose, sofort einsatzbereite Konnektivität, sondern müssen auch eine sichere Konnektivität über heterogene Netzwerke hinweg gewährleisten und gleichzeitig die Batterielebensdauer verlängern. Für Entwickler, die schnell auf den Wettbewerbsdruck reagieren müssen, wird die Verkürzung der Lieferzeiten das IoT-Design zusätzlich erschweren. Daher ist es äußerst wichtig, ein funktionsreiches Entwicklungskit zu finden, das sich an ein umfassendes Ökosystem für drahtlose System-on-Chip-Geräte (SoC) mit geringem Stromverbrauch anpassen lässt. Ein solches Entwicklungskit von Nordic Semiconductor kann allen Anforderungen gerecht werden.
Das nRF54L15 von Nordic ist ein Entwicklungskit, das auf dem Evaluierungsboard nRF54L15-DK (Abbildung 1) basiert und zur Beschleunigung des IoT-Designs mithilfe des drahtlosen SoC der nRF54L-Serie von Nordic (einschließlich nRF54L15) entwickelt wurde. Dieses Entwicklungskit kann auch nRF54L10- und nRF54L05-Geräte simulieren. Zusätzlich zu den kompletten Hardware-Designdateien enthält das Kit auch eine Platine, die Ihnen eine vollständige drahtlose Entwicklungsplattform bietet, die mit dem drahtlosen nRF54L15-SoC von Nordic, 8 MB externem Flash-Speicher, einem Energieverwaltungs-IC sowie 2,4-GHz- und NFC-Antennen (Near Field Communication) ausgestattet ist.
Abbildung 1: Das Entwicklungsboard nRF54L15-DK integriert den drahtlosen SoC nRF54L15, den Flash-Speicher, den Energieverwaltungs-IC und den Anschluss und bildet so eine umfassende Hardwareplattform, die die schnelle Bereitstellung sicherer Multiprotokoll-IoT-Geräte unterstützt. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)
Neben einer Reihe von Debugging-Anschlüssen und Leistungsanalyse-Anschlüssen bietet Ihnen dieses Entwicklungsboard auch mehrere Benutzeroberflächenkomponenten, darunter Leuchtdioden (LEDs) und Tasten für die manuelle Interaktion während des Software-Debuggings und der Ausführung. Drei Sätze von Anschlüssen führen zum GPIO-Port (Allzweck-Eingang/Ausgang) des SoC, sodass Sie den drahtlosen SoC, der speziell für batteriebetriebene IoT-Anwendungen entwickelt wurde, vollständig steuern können.
Speziell für IoT-Anwendungen mit geringem Stromverbrauch entwickelt
Die drahtlose SoC-Serie nRF54L von Nordic ist einer der Low-Power-Bluetooth-SoCs (BLE) der vierten Generation von Nordic. Die technologische Stärke von Nordic spiegelt sich vollständig in der umfassenden Kombination aus Funktionen und Leistung wider, die genau das ist, was Sie benötigen, wenn Sie Lösungen für Multiprotokoll-Konnektivität und längere Batterielebensdauer entwerfen. Alle Produkte der nRF54L-Serie nutzen die gleiche Architektur, mit dem Unterschied in der Größe des nichtflüchtigen Speichers (NVM) und des Direktzugriffsspeichers (RAM), wobei nRF54L15 die größte Kapazität von 1,5 MB bzw. 256 KB aufweist.
Diese Architektur basiert auf einem Prozessorpaar (Abbildung 2), einschließlich des Arm Cortex-M33-Hauptkerns und des von Nordic selbst entwickelten RISC-V-Coprozessors. Wenn der Arm Cortex-M33-Prozessor Anwendungen verarbeitet, übergibt er zeitkritische Aufgaben an den RISC-V-Kern und sorgt so für eine Verarbeitung mit geringer Latenz für die E/A, Timer und Peripheriegeräte der Architektur.
Abbildung 2: Der drahtlose SoC nRF54L integriert Arm Cortex-M33, RISC-V-Coprozessor, Multiprotokoll-Transceiver und eine Vielzahl von Peripheriegeräten. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)
Die nRF54L-Architektur beseitigt die anhaltenden Bedenken der Menschen hinsichtlich sichererer IoT-Geräte und implementiert mehrere wichtige Sicherheitsverbesserungen, darunter Arm TrustZone, Manipulationssicherheit, Verschlüsselungsbeschleunigung, authentifiziertes Debugging, sichere Schlüsselspeicherung und eine unveränderliche Bootzone zum Einrichten eines Vertrauensstamms. Zusammengenommen bilden diese Funktionen die notwendige Grundlage für sichere drahtlose Updates, sicheres Booten und sichere Ausführung vertrauenswürdiger Anwendungen.
Für die drahtlose Kommunikation ist der Arm Cortex-M33-Prozessor für die Ausführung von drahtlosen Multiprotokoll-Stacks verantwortlich. Dieser Prozessor kann in Verbindung mit einem integrierten Low-Power-Multiprotokoll-2,4-GHz-Transceiver 8 Dezibel (basierend auf 1 Milliwatt (dBm) Sendeleistung) und eine Empfangsempfindlichkeit von -96 dBm liefern.
Durch die Synergie von Stack-Ressourcen und Hardware-Funktionalität wird sichergestellt, dass Ihr Design verschiedene führende Konnektivitätstechnologien und IoT-Protokolle unterstützt, darunter Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk und proprietäre 2,4-GHz-Protokolle mit Geschwindigkeiten von bis zu 4 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Wenn Ihr IoT-Gerät weiterhin die Koexistenz mit Wi-Fi unterstützen muss, führt der Arm Cortex-M33-Prozessor den Wi-Fi-Stack des Wi-Fi-Begleitchips der Nordic nRF70-Serie aus. Dieser Chip lässt sich problemlos mit SoCs der Nordic nRF-Serie verbinden, beispielsweise mit der nRF54L-Serie.
Der drahtlose SoC nRF54L erfüllt vollständig die Anforderungen von BLE Core 6.0 und verfügt über Funktionen wie die Bluetooth-Kanalerkennung. Die Kanalerkennungstechnologie kann revolutionäre Präzision und sichere Reichweitenfunktionen erreichen, um den Anforderungen der neuen Generation von elektronischen Tags, intelligenten Türschlössern, Haushaltsgeräten und Anlagenverfolgungssystemen gerecht zu werden.
Softwareressourcen beschleunigen das IoT-Softwaredesign
Das nRF54L15-DK-Entwicklungskit bietet eine vorgefertigte Hardwareplattform für die Entwicklung von Geräten auf Basis von nRF54L, während das Nordic nRF Connect Software Development Kit (SDK) (Abbildung 3) eine umfassende Softwaregrundlage für die schnelle Erstellung von IoT-Softwareanwendungen bietet. SDK bietet ein erweiterbares Framework zum Erstellen verschiedener Software, von dedizierten Routinen, die für Geräte mit eingeschränkten Ressourcen optimiert sind, bis hin zu Softwarepaketen, die für komplexe Anwendungen erstellt wurden.
Abbildung 3: Das nRF Connect SDK bietet einen umfassenden Software-Stack, der die Entwicklung komplexer IoT-Anwendungen beschleunigt. (Bildquelle: Nordic Semiconductor)
Der nRF Connect SDK-Code kombiniert den sicheren Open-Source-Bootloader MCUBoot mit dem Open-Source-Echtzeitbetriebssystem Zephyr (RTOS) und ermöglicht so die Skalierbarkeit von Systemen mit begrenztem Speicher bis hin zu großen Speicherkonfigurationen. Basierend auf diesen Kombinationen stellen die nrf- und nrfxlib-Softwarepakete von Nordic die Konnektivitätsprotokollstacks bereit, die für BLE, Bluetooth-Mesh-Netzwerke, Wi-Fi, Matter und Thread/Zigbee erforderlich sind. Die Middleware-Bibliothek bietet Hardwaretreiber, sichere Firmware und Unterstützung für Verbindungsprotokolle, einschließlich Constrained Application Protocol (CoAP) und Message Queuing Telemetry Transport (MQTT).
Das von Nordic bereitgestellte nRF Connect SDK-Repository enthält eine große Anzahl von Beispielanwendungen, sodass Sie schnell Anwendungsquellcode erstellen können. Nach dem Erstellen des Code-Repositorys mit dem nRF Connect SDK können Sie in der nordischen Umgebung den Quellcode mithilfe von Konfigurationsdateien (*. conf) und Gerätebaumdateien (*. dts) problemlos in verschiedene Anwendungen auf verschiedenen Hardwarekonfigurationen verschieben (Abbildung 4).