用现成的套件快速构建并部署安全的多协议物联网设备

作者：Stephen Evanczuk
来源：Digikey

尽管物联网 (IoT) 设备的开发在不断向前发展，但设备之间的连接仍然是设计人员面临的持续挑战。十年前，设计出让早期物联网使用者能轻松连接的设备是一项挑战。如今，物联网设备不仅需要开箱即用的无缝连接功能，还必须确保跨异构网络的安全连接功能，同时延长电池寿命。对于需要快速应对竞争压力的开发人员来说，缩短交付期会进一步使物联网设计变得复杂。因此，为低功耗无线片上系统 (SoC) 器件找到一个可适应全面生态系统的、功能丰富的开发套件就变得极其重要。Nordic Semiconductor 提供的一款此类开发套件能满足所有要求。

Nordic 的 nRF54L15 是一款基于 nRF54L15-DK 评估板（图 1）的开发套件，旨在使用 Nordic 的 nRF54L 系列无线 SoC（包括 nRF54L15） 加速物联网设计。该开发套件还可以仿真 nRF54L10 和 nRF54L05 器件。除了全套硬件设计文件外，该套件还包括一块电路板，能为您提供一个完整的无线开发平台，该平台配备 Nordic 的 nRF54L15 无线 SoC、8 MB 外部闪存、电源管理 IC 以及 2.4 GHz 和近场通信 (NFC) 天线。


图 1：nRF54L15-DK 开发板集成了 nRF54L15 无线 SoC、闪存、电源管理 IC 和连接器，形成了一个综合硬件平台，支持快速部署安全的多协议物联网设备。（图片来源：Nordic Semiconductor）

除了一组调试连接器和电源分析接头外，该开发板还为您提供了多个用户接口组件，包括发光二极管 (LED) 和用于在软件调试和软件执行期间进行手动交互的按钮。三组连接器引出 SoC 的通用输入/输出 (GPIO) 端口，让您可以全面地掌控专为电池供电型物联网应用构建的无线 SoC。

专为低功耗物联网应用而打造

Nordic 的 nRF54L 无线 SoC 系列是 Nordic 第四代低功耗蓝牙 (BLE) SoC 的产品之一。Nordic 的技术实力充分体现在其特性和性能组合的全面性方面，这正是您在设计多协议连接与延长电池续航方案时所需的。nRF54L 系列的所有产品都采用了相同的架构，不同之处在于非易失性存储器 (NVM) 和随机存取存储器 (RAM) 的大小，其中 nRF54L15 的容量最大，分别为 1.5 MB 和 256 KB。

该架构基于一对处理器打造（图 2），包括 Arm Cortex-M33 主核心和 Nordic 自己开发的 RISC-V 协处理器。当 Arm Cortex-M33 处理器在处理应用时，将时间关键型任务交由 RISC-V 内核处理，为该架构的 I/O、计时器和外设提供低延迟处理。


图 2：nRF54L 无线 SoC 集成了 Arm Cortex-M33、RISC-V 协处理器、多协议收发器以及丰富的外设。（图片来源：Nordic Semiconductor）

nRF54L 架构消除了人们对更安全的物联网设备的持续担忧，实现了多项关键的安全增强功能，包括 Arm TrustZone、防篡改、加密加速、身份验证式调试、安全密钥存储以及建立信任根的不可变启动区域。结合起来看，这些功能共同为安全无线更新、安全启动和安全地执行可信赖应用提供了必要的基础。

对于无线通信，Arm Cortex-M33 处理器负责处理多协议无线堆栈的执行。该处理器与集成的低功耗多协议 2.4 GHz 收发器配合使用，可提供 8 分贝（以 1 毫瓦 (dBm) 发射功率为基准）和 -96 dBm 接收灵敏度。

堆栈资源和硬件功能的协同作用，将确保您的设计可支持各种领先的连接技术和物联网协议，包括蓝牙 6.0、BLE、Zigbee、Thread、Matter、Amazon Sidewalk 和专有 2.4 GHz 协议，且速度高达每秒 4 兆比特 (Mb/s)。如果您的物联网设备还需要支持与 Wi-Fi 共存，Arm Cortex-M33 处理器将运行 Nordic nRF70 系列 Wi-Fi 配套芯片的 Wi-Fi 堆栈。使用该芯片可轻松连接 Nordic nRF 系列 SoC，例如 nRF54L 系列。

nRF54L 无线 SoC 完全符合 BLE 核心 6.0 的要求，具有蓝牙信道探测等功能。信道探测技术可实现革命性的精准、安全的测距能力，以满足新一代电子标签、智能门锁、家用电器及资产追踪系统的需求。

软件资源加速物联网软件设计

nRF54L15-DK 开发套件为开发基于 nRF54L 的设备提供了一个现成的硬件平台，而 Nordic nRF Connect 软件开发套件 (SDK)（图 3）为快速打造物联网软件应用提供了全面的软件基础。SDK 提供了一个用于创建各种软件的可扩展框架，从针对资源受限设备优化的专用例程，到为复杂应用构建的软件包。


图 3：nRF Connect SDK 可提供全面的软件堆栈，可加速复杂物联网应用的开发。（图片来源：Nordic Semiconductor）

nRF Connect SDK 代码结合了开源 MCUBoot 安全引导加载程序和开源 Zephyr 实时操作系统 (RTOS)，能够从内存受限的系统扩展到大内存配置。基于这些组合，Nordic 的 nrf 和 nrfxlib 软件包提供了 BLE、蓝牙网状网络、Wi-Fi、Matter 和 Thread/Zigbee 所需的连接协议栈。中间件库提供硬件驱动程序、安全固件和支持连接协议，包括约束应用协议 (CoAP) 和消息队列遥测传输 (MQTT) 等。

Nordic 公开提供的 nRF Connect SDK 存储库中包含大量示例应用，方便您快速构建应用源代码。使用 nRF Connect SDK 构建代码库后，Nordic 环境使用配置文件 (*.conf) 和设备树文件 (*.dts) 可让您轻松地将源代码重新定位到各种硬件配置上的不同应用中（图 4）。


图 4：Nordic 的软件开发框架简化了应用源代码编写，可轻松地重新定位，以构建在不同硬件配置上运行的独特应用。（图片来源：Nordic Semiconductor）

结语

缩短交付时间是物联网开发人员业已面临的挑战，对于多协议安全连接的需求使得这种挑战更加复杂。Nordic Semiconductor 的 nRF54L15 开发套件为低功耗物联网设备提供了软硬件基础，可快速响应新兴需求，加速产品开发。