Un cambio de juego para el hogar inteligente
El Internet de las cosas (IoT) ha redefinido la forma en que interactuamos con nuestros dispositivos, el mundo e incluso nuestros hogares. Hoy en día, la casa inteligente moderna probablemente incluye muchos dispositivos inteligentes, como iluminación, paneles de control, calefacción, ventilación, aire acondicionado (HVAC) y sistemas de seguridad, todos los cuales probablemente provengan de un fabricante diferente. A medida que IoT se volvió más omnipresente, varios estándares de conectividad compitieron activamente por una parte de la industria de hogares inteligentes, con BLUETOOTH® Low Energy, Wi-Fi® y Thread convirtiéndose en las mejores opciones entre los diferentes productores. Dado que incluso los protocolos de RF populares no son interoperables, surgieron desafíos al diseñar una solución de hogar inteligente interconectada y sin problemas.
Introducción del tema
Para superar los desafíos de interoperabilidad que enfrentan los diseñadores y consumidores con los protocolos de RF de la competencia, la industria de la tecnología se ha unido para desarrollar el estándar Matter a través de Connectivity Standards Alliance. Matter funciona con las tecnologías de hogares inteligentes existentes, como Thread, Wi-Fi y protocolos cableados de Ethernet, al agregar una capa de aplicación unificadora a las pilas de protocolos que permiten que los dispositivos de hogares inteligentes se comuniquen entre sí de manera segura y confiable.
El estándar Matter permite una interfaz más fluida entre dispositivos que utilizan diferentes protocolos inalámbricos de RF y ofrece más flexibilidad y opciones para diseñadores y consumidores.
proyecto de casa inteligente
Un componente clave de cualquier hogar inteligente es el enrutador. Los enrutadores brindan acceso a Internet y facilitan la comunicación entre dispositivos en diferentes redes conectándolos de forma inalámbrica mediante Wi-Fi o Ethernet por cable.
Este blog muestra cómo los diseñadores pueden incorporar Matter en un proyecto doméstico innovador para construir un enrutador perimetral de IoT utilizando el kit de evaluación SAMA5D27 de Microchip Technology. El kit consta de la placa base SAMA5D27, un sistema en módulo (SoM1) SAMA5D27 soldado a la placa base y un sistema en paquete (SIP) SAMA5D27 soldado al SoM. También escribiremos una imagen de distribución de Linux en el SoM para completar la compilación.
Pero primero, exploremos el kit de evaluación SAMA5D27 y comprendamos qué es un SoM y sus beneficios para integrar Matter en una solución de hogar inteligente basada en SoM.
Usar un enfoque basado en SoM para crear una solución al problema
La integración de Matter con un procesador integrado habilitado para Linux, como el SoM SAMA5D27, puede ser útil al crear una solución de hogar inteligente. El uso de enfoques basados en Matter y SoM va en aumento en los enrutadores fronterizos, que actúan como una puerta de enlace entre Internet externo y la red doméstica inteligente, lo que permite el registro de dispositivos a través de BLUETOOTH.® tecnología inalámbrica y la implementación de capas de seguridad para garantizar la seguridad de la red interna.
El kit de evaluación SAMA5D27 ofrece un brazo® Ladrar®-Procesador A5 de 32 bits que funciona hasta 500 MHz. El procesador se monta en el SOM1 SAMA5D27 (Figura 1), que combina el procesador A5 con una variedad de periféricos que incluyen:
- Procesador Arm® Cortex®-A5 con punto flotante y unidades SIMD
- Gestión de la energía
- 1 GB de memoria DDR
- 64 MB de flash QSPI
- PHYEthernet 10/100 Base T
- 103 I/O, que están conectados a la E/S del procesador, incluida la compatibilidad con SPI, I2C, UART, CAN, SDIO, interfaz de convertidor analógico a digital (ADC).
¿Qué es un SoM?
SoM es un concepto convincente y de rápido crecimiento que reduce el tiempo y el riesgo de desarrollo. En su forma más básica, un SoM es un circuito a nivel de placa que integra una función específica del sistema en un solo módulo que incluye energía, reloj y memorias volátiles y no volátiles, al mismo tiempo que interrumpe las líneas de E/S para conectar el SoM. con la tarjeta de operador específica de la aplicación.
El SoM se convierte en el corazón del sistema en torno al cual se desarrolla el resto de la solución. Una opción basada en SoM bien diseñada proporciona al desarrollador una variedad de soluciones.
La ventaja de usar un SoM
El principal beneficio de usar una solución basada en SoM es que los desarrolladores pueden reducir el riesgo técnico y aumentar el nivel de preparación tecnológica (TRL) de la solución al principio del desarrollo. TRL permite que los equipos de proyecto evalúen su preparación para la implementación midiendo la madurez de los componentes tecnológicos en su sistema en una escala del 1 al 9, donde 9 representa la tecnología más madura con el menor riesgo.
El uso de un SoM proporciona a los desarrolladores una solución que se alinea con TRL 5. El fabricante de SoM diseñó, probó y calificó el SoM antes de comercializarlo. Esto permite que el desarrollador se concentre en el diseño de la tarjeta vectorial que contiene actividades de valor agregado.
Aparte de los elementos de hardware físico, el fabricante de SoM también proporciona otras herramientas para ayudar al desarrollo. Estos incluyen un sistema operativo Linux integrado, esquemas y guías de usuario que describen cómo diseñar el SoM en una placa portadora, junto con planos y diseños de muestra que se pueden usar para el desarrollo.
Además, el uso de un SoM estándar puede reducir significativamente el tiempo de desarrollo de un proyecto, ya que los desarrolladores pueden empezar a trabajar con el SoM desde el principio. Esto permite un TRL más alto de los circuitos de aplicación, lo que resulta en un menor costo total de ingeniería. Además, se requiere menos esfuerzo de software ya que el SoM proporciona un diseño probado.
También hay varios beneficios de marketing al usar enfoques basados en Matter y SoM, como ser el primero en llegar al mercado, obtener una mayor participación de mercado y obtener más ganancias. Esto también brinda a los desarrolladores un comienzo temprano en la planificación de la próxima generación de productos, así como posibles actualizaciones de campo para las unidades implementadas actualmente.
el consejo de desarrollo
Microchip Technology ofrece un kit de evaluación para evaluar e iniciar el desarrollo utilizando el SoM1 SAMA5D27, que monta el SoM1 en una placa base que contiene varios periféricos que permiten a los desarrolladores mostrar las capacidades del SoM1. Estos periféricos incluyen:
- ethernet
- Interfaz Digilent Pmod™
- tarjeta SD
- Dos enchufes mikroe Click™, que permiten la comunicación a través de SPI, I2C, PWM o serie.
- depuración
- E/S genérica
- USB
- DULCES
La depuración la proporciona un depurador J-Link incorporado que se conecta a través de USB. Estos periféricos brindan al desarrollador la capacidad de crear prototipos y mitigar el riesgo en el desarrollo de aplicaciones.
El sistema operativo
Por supuesto, para aprovechar al máximo el hardware, debemos aprovechar un sistema operativo (SO), en este caso, Linux. Usando una de las distribuciones de Linux más populares como Ubuntu u OpenThread, podemos compilar e implementar fácilmente el sistema operativo seleccionado en el SoM1.
La primera etapa para hacer esto es usar una máquina Linux o una máquina virtual, en la que podemos clonar el siguiente código fuente requerido:
Esto construirá el kernel y los cargadores de arranque de Ubuntu. También necesitamos incluir un sistema de archivos Linux, comúnmente llamado rootfs, y un árbol de dispositivos que describa el procesador y la configuración periférica en el SoM1 y la placa de desarrollo incluida en la imagen del sistema operativo.
Con los artefactos build y rootfs, podemos escribir la imagen en una tarjeta SD particionada. Una vez que la imagen está en la tarjeta SD, se puede usar para iniciar el SoM1 y el inicio de la distribución Ubuntu Linux permitirá el acceso. Una vez que inician sesión, los usuarios pueden comenzar a desarrollar la aplicación de destino, ya sea un simple «hola mundo» o un enrutador de borde de IoT complejo, utilizado en aplicaciones de hogares inteligentes que utilizan marcos como Matter.
Integrar el estándar Materia
Una vez que el sistema operativo se ha personalizado e implementado en el SoM, el equipo de desarrollo puede crear la aplicación. El registro de dispositivos utiliza la tecnología inalámbrica BLUETOOTH®, lo que significa que Wi-Fi y Ethernet se pueden usar para aplicaciones de gran ancho de banda, mientras que Thread, como red de malla, se puede usar para comunicaciones de bajo ancho de banda. La fuente para construir Matter está disponible en GitHub, lo que permite a los desarrolladores de soluciones inteligentes para el hogar comenzar a desarrollar una vez que el sistema operativo se ejecuta en el SoM.
Envoltura
El estándar Matter se desarrolló para abordar los desafíos de interoperabilidad que enfrentan los diseñadores y consumidores con diferentes protocolos de RF en hogares inteligentes. Matter permite una comunicación fluida entre dispositivos que utilizan diferentes protocolos inalámbricos, brindando más flexibilidad y opciones a diseñadores y consumidores. La integración de Matter con un procesador integrado habilitado para Linux, como el del SAMA5D27 SoM1, puede ayudar a crear una solución de enrutador perimetral de IoT para el hogar inteligente. La adopción de un enfoque basado en SoM minimiza el riesgo técnico, aumenta el TRL, ahorra tiempo y esfuerzo de desarrollo y brinda beneficios de marketing, como una entrada más temprana, una mayor participación en el mercado y ganancias potencialmente más altas.
- gestor de arranque at91bootstrap
- Fuente del cargador de arranque U-Boot Stage 2
- Fuente Ubuntu
Esto construirá el kernel y los cargadores de arranque de Ubuntu. También necesitamos incluir un sistema de archivos Linux, comúnmente llamado rootfs, y un árbol de dispositivos que describa el procesador y la configuración periférica en el SoM1 y la placa de desarrollo incluida en la imagen del sistema operativo.
Con los artefactos build y rootfs, podemos escribir la imagen en una tarjeta SD particionada. Una vez que la imagen está en la tarjeta SD, se puede usar para iniciar el SoM1 y el inicio de la distribución Ubuntu Linux permitirá el acceso. Una vez que inician sesión, los usuarios pueden comenzar a desarrollar la aplicación de destino, ya sea un simple «hola mundo» o un enrutador de borde de IoT complejo, utilizado en aplicaciones de hogares inteligentes que utilizan marcos como Matter.
Integrar el estándar Materia
Una vez que el sistema operativo se ha personalizado e implementado en el SoM, el equipo de desarrollo puede crear la aplicación. El registro de dispositivos utiliza la tecnología inalámbrica BLUETOOTH®, lo que significa que Wi-Fi y Ethernet se pueden usar para aplicaciones de gran ancho de banda, mientras que Thread, como red de malla, se puede usar para comunicaciones de bajo ancho de banda. La fuente para construir Matter está disponible en GitHub, lo que permite a los desarrolladores de soluciones inteligentes para el hogar comenzar a desarrollar una vez que el sistema operativo se ejecuta en el SoM.
Envoltura
El estándar Matter se desarrolló para abordar los desafíos de interoperabilidad que enfrentan los diseñadores y consumidores con diferentes protocolos de RF en hogares inteligentes. Matter permite una comunicación fluida entre dispositivos que utilizan diferentes protocolos inalámbricos, brindando más flexibilidad y opciones a diseñadores y consumidores. La integración de Matter con un procesador integrado habilitado para Linux, como el del SAMA5D27 SoM1, puede ayudar a crear una solución de enrutador perimetral de IoT para el hogar inteligente. La adopción de un enfoque basado en SoM minimiza el riesgo técnico, aumenta el TRL, ahorra tiempo y esfuerzo de desarrollo y brinda beneficios de marketing, como una entrada más temprana, una mayor participación en el mercado y ganancias potencialmente más altas.
Adam Taylor es profesor de sistemas integrados, líder en ingeniería y experto mundialmente reconocido en FPGA/System on Chip y diseño electrónico.