Aunque el desarrollo de dispositivos de Internet de las cosas (IoT) avanza constantemente, la conectividad entre dispositivos sigue siendo un desafío persistente para los diseñadores. Hace diez años, diseñar dispositivos a los que los primeros usuarios de IoT pudieran conectarse fácilmente era un desafío. Hoy en día, los dispositivos IoT no solo requieren una conectividad perfecta y lista para usar, sino que también deben garantizar una conectividad segura a través de redes heterogéneas y al mismo tiempo extender la vida útil de la batería. Para los desarrolladores que necesitan responder rápidamente a la presión competitiva, acortar los tiempos de entrega complicará aún más el diseño de IoT. Por lo tanto, resulta extremadamente importante encontrar un kit de desarrollo rico en funciones que pueda adaptarse a un ecosistema integral para dispositivos de sistema inalámbrico en chip (SoC) de bajo consumo. Un kit de desarrollo de este tipo proporcionado por Nordic Semiconductor puede cumplir con todos los requisitos.
El nRF54L15 de Nordic es un kit de desarrollo basado en la placa de evaluación nRF54L15-DK (Figura 1), diseñado para acelerar el diseño de IoT utilizando el SoC inalámbrico de la serie nRF54L de Nordic (incluido el nRF54L15). Este kit de desarrollo también puede simular dispositivos nRF54L10 y nRF54L05. Además de los archivos completos de diseño de hardware, el kit también incluye una placa de circuito que le proporciona una plataforma de desarrollo inalámbrico completa equipada con el SoC inalámbrico nRF54L15 de Nordic, memoria flash externa de 8 MB, IC de administración de energía y antenas de comunicación de campo cercano (NFC) y de 2,4 GHz.
Figura 1: La placa de desarrollo nRF54L15-DK integra el SoC inalámbrico nRF54L15, la memoria flash, el IC de administración de energía y el conector, formando una plataforma de hardware integral que admite la implementación rápida de dispositivos IoT multiprotocolo seguros. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)
Además de un conjunto de conectores de depuración y conectores de análisis de energía, esta placa de desarrollo también le proporciona múltiples componentes de interfaz de usuario, incluidos diodos emisores de luz (LED) y botones para interacción manual durante la depuración y ejecución del software. Tres conjuntos de conectores conducen al puerto de entrada/salida de uso general (GPIO) del SoC, lo que le permite controlar completamente el SoC inalámbrico creado específicamente para aplicaciones de IoT alimentadas por batería.
Especialmente diseñado para aplicaciones IoT de bajo consumo
La serie de SoC inalámbrico nRF54L de Nordic es uno de los SoC Bluetooth (BLE) de baja potencia de cuarta generación de Nordic. La fortaleza tecnológica de Nordic se refleja plenamente en su combinación integral de características y rendimiento, que es exactamente lo que necesita al diseñar conectividad multiprotocolo y soluciones de mayor duración de la batería. Todos los productos de la serie nRF54L adoptan la misma arquitectura, con la diferencia del tamaño de la memoria no volátil (NVM) y la memoria de acceso aleatorio (RAM), siendo el nRF54L15 el que tiene la mayor capacidad de 1,5 MB y 256 KB, respectivamente.
Esta arquitectura se basa en un par de procesadores (Figura 2), incluido el núcleo principal Arm Cortex-M33 y el coprocesador RISC-V de desarrollo propio de Nordic. Cuando el procesador Arm Cortex-M33 procesa aplicaciones, transfiere tareas críticas en el tiempo al núcleo RISC-V, proporcionando procesamiento de baja latencia para las E/S, los temporizadores y los periféricos de la arquitectura.
Figura 2: El SoC inalámbrico nRF54L integra Arm Cortex-M33, un coprocesador RISC-V, un transceptor multiprotocolo y una variedad de periféricos. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)
La arquitectura nRF54L elimina las preocupaciones actuales de las personas sobre dispositivos IoT más seguros e implementa múltiples mejoras de seguridad clave, incluyendo Arm TrustZone, a prueba de manipulaciones, aceleración de cifrado, depuración autenticada, almacenamiento seguro de claves y una zona de inicio inmutable para establecer una raíz de confianza. En conjunto, estas características proporcionan la base necesaria para actualizaciones inalámbricas seguras, arranque seguro y ejecución segura de aplicaciones confiables.
Para la comunicación inalámbrica, el procesador Arm Cortex-M33 es responsable de manejar la ejecución de pilas inalámbricas multiprotocolo. Este procesador, cuando se utiliza junto con un transceptor multiprotocolo integrado de baja potencia de 2,4 GHz, puede proporcionar 8 decibeles (basado en una potencia de transmisión de 1 milivatio (dBm)) y una sensibilidad de recepción de -96 dBm.
La sinergia de los recursos de la pila y la funcionalidad del hardware garantizará que su diseño admita varias tecnologías de conectividad y protocolos de IoT líderes, incluidos Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk y protocolos propietarios de 2,4 GHz, con velocidades de hasta 4 megabits por segundo (Mb/s). Si su dispositivo IoT aún necesita admitir la coexistencia con Wi Fi, el procesador Arm Cortex-M33 ejecutará la pila Wi Fi del chip complementario Wi Fi de la serie Nordic nRF70. Este chip se puede conectar fácilmente a los SoC de la serie Nordic nRF, como la serie nRF54L.
El SoC inalámbrico nRF54L cumple totalmente con los requisitos de BLE Core 6.0 y tiene funciones como la detección de canales Bluetooth. La tecnología de detección de canales puede lograr una precisión revolucionaria y capacidades de alcance seguras para satisfacer las necesidades de la nueva generación de etiquetas electrónicas, cerraduras de puertas inteligentes, electrodomésticos y sistemas de seguimiento de activos.
Los recursos de software aceleran el diseño de software de IoT
El kit de desarrollo nRF54L15-DK proporciona una plataforma de hardware lista para usar para desarrollar dispositivos basados en nRF54L, mientras que el kit de desarrollo de software (SDK) Nordic nRF Connect (Figura 3) proporciona una base de software integral para crear rápidamente aplicaciones de software de IoT. SDK proporciona un marco extensible para crear diversos programas, desde rutinas dedicadas optimizadas para dispositivos con recursos limitados hasta paquetes de software creados para aplicaciones complejas.
Figura 3: El SDK de nRF Connect proporciona una pila de software integral que acelera el desarrollo de aplicaciones complejas de IoT. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)
El código nRF Connect SDK combina el cargador de arranque seguro MCUBoot de código abierto con el sistema operativo en tiempo real (RTOS) Zephyr de código abierto, lo que permite escalabilidad desde sistemas con memoria limitada hasta configuraciones de memoria grande. Basándose en estas combinaciones, los paquetes de software nrf y nrfxlib de Nordic proporcionan las pilas de protocolos de conectividad necesarias para BLE, redes de malla Bluetooth, Wi Fi, Matter y Thread/Zigbee. La biblioteca de middleware proporciona controladores de hardware, firmware seguro y soporte para protocolos de conexión, incluido el Protocolo de aplicación restringido (CoAP) y el Transporte de telemetría de cola de mensajes (MQTT).
El repositorio nRF Connect SDK proporcionado por Nordic incluye una gran cantidad de aplicaciones de muestra, lo que le facilita la creación rápida del código fuente de la aplicación. Después de crear el repositorio de código utilizando el SDK de nRF Connect, el entorno nórdico le permite reubicar fácilmente el código fuente en diferentes aplicaciones en varias configuraciones de hardware utilizando archivos de configuración (*. conf) y archivos de árbol de dispositivos (*. dts) (Figura 4).