على الرغم من أن تطوير أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) يتقدم باستمرار، إلا أن الاتصال بين الأجهزة يظل تحديًا مستمرًا للمصممين. قبل عشر سنوات، كان تصميم الأجهزة التي يمكن لمستخدمي إنترنت الأشياء الأوائل الاتصال بها بسهولة يمثل تحديًا. في الوقت الحاضر، لا تتطلب أجهزة إنترنت الأشياء اتصالاً سلسًا خارج الصندوق فحسب، بل يجب أيضًا ضمان الاتصال الآمن عبر الشبكات غير المتجانسة مع إطالة عمر البطارية. بالنسبة للمطورين الذين يحتاجون إلى الاستجابة بسرعة للضغوط التنافسية، فإن تقصير أوقات التسليم سيؤدي إلى زيادة تعقيد تصميم إنترنت الأشياء. لذلك، يصبح من المهم للغاية العثور على مجموعة تطوير غنية بالميزات يمكنها التكيف مع النظام البيئي الشامل للنظام اللاسلكي منخفض الطاقة على أجهزة الشريحة (SoC). يمكن لمجموعة التطوير من هذا النوع المقدمة من شركة Nordic Semiconductor تلبية جميع المتطلبات.
إن nRF54L15 من Nordic عبارة عن مجموعة أدوات تطوير تعتمد على لوحة تقييم nRF54L15-DK (الشكل 1)، وهي مصممة لتسريع تصميم إنترنت الأشياء باستخدام SoC اللاسلكي من سلسلة nRF54L من Nordic (بما في ذلك nRF54L15). يمكن لمجموعة التطوير هذه أيضًا محاكاة أجهزة nRF54L10 وnRF54L05. بالإضافة إلى ملفات تصميم الأجهزة الكاملة، تشتمل المجموعة أيضًا على لوحة دوائر توفر لك منصة تطوير لاسلكية كاملة مجهزة بـ SoC اللاسلكي nRF54L15 من Nordic، وذاكرة فلاش خارجية 8 ميجابايت، وIC لإدارة الطاقة، وهوائيات 2.4 جيجا هرتز وهوائيات اتصال المجال القريب (NFC).
الشكل 1: تدمج لوحة تطوير nRF54L15-DK شريحة nRF54L15 اللاسلكية وذاكرة فلاش وIC لإدارة الطاقة والموصل، مما يشكل منصة أجهزة شاملة تدعم النشر السريع لأجهزة إنترنت الأشياء الآمنة متعددة البروتوكولات. (مصدر الصورة: شركة الشمال لأشباه الموصلات)
بالإضافة إلى مجموعة موصلات تصحيح الأخطاء وموصلات تحليل الطاقة، توفر لك لوحة التطوير هذه أيضًا مكونات متعددة لواجهة المستخدم، بما في ذلك الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وأزرار للتفاعل اليدوي أثناء تصحيح أخطاء البرامج وتنفيذها. تؤدي ثلاث مجموعات من الموصلات إلى منفذ الإدخال/الإخراج للأغراض العامة (GPIO) الخاص بـ SoC، مما يسمح لك بالتحكم الكامل في SoC اللاسلكي المصمم خصيصًا لتطبيقات إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطارية.
مصمم خصيصًا لتطبيقات إنترنت الأشياء منخفضة الطاقة
تعد سلسلة SoC اللاسلكية nRF54L من Nordic واحدة من الجيل الرابع من شرائح Bluetooth منخفضة الطاقة (BLE) من Nordic. تنعكس القوة التكنولوجية لـ Nordic بشكل كامل في مزيجها الشامل من الميزات والأداء، وهو بالضبط ما تحتاجه عند تصميم اتصال متعدد البروتوكولات وحلول عمر البطارية الممتد. تعتمد جميع المنتجات في سلسلة nRF54L نفس البنية، مع الاختلاف في حجم الذاكرة غير المتطايرة (NVM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، حيث تتمتع nRF54L15 بأكبر سعة تبلغ 1.5 ميجا بايت و256 كيلو بايت على التوالي.
تم بناء هذه البنية على زوج من المعالجات (الشكل 2)، بما في ذلك النواة الرئيسية Arm Cortex-M33 والمعالج المساعد RISC-V الذي طورته شركة Nordic ذاتيًا. عندما يقوم معالج Arm Cortex-M33 بمعالجة التطبيقات، فإنه يقوم بتسليم المهام الحرجة بمرور الوقت إلى نواة RISC-V، مما يوفر معالجة منخفضة زمن الاستجابة للإدخال/الإخراج والمؤقتات والأجهزة الطرفية الخاصة بالهندسة المعمارية.
الشكل 2: تدمج شريحة SoC اللاسلكية nRF54L معالج Arm Cortex-M33 والمعالج المساعد RISC-V وجهاز الإرسال والاستقبال متعدد البروتوكولات ومجموعة متنوعة من الأجهزة الطرفية. (مصدر الصورة: شركة الشمال لأشباه الموصلات)
تعمل بنية nRF54L على التخلص من مخاوف الأشخاص المستمرة بشأن أجهزة إنترنت الأشياء الأكثر أمانًا وتنفيذ تحسينات أمنية رئيسية متعددة، بما في ذلك Arm TrustZone، ومقاومة التلاعب، وتسريع التشفير، وتصحيح الأخطاء الموثق، وتخزين المفاتيح الآمنة، ومنطقة تمهيد غير قابلة للتغيير لإنشاء جذر ثقة. توفر هذه الميزات مجتمعة الأساس اللازم للتحديثات اللاسلكية الآمنة والتمهيد الآمن والتنفيذ الآمن للتطبيقات الموثوقة.
بالنسبة للاتصالات اللاسلكية، يكون معالج Arm Cortex-M33 مسؤولاً عن التعامل مع تنفيذ الحزم اللاسلكية متعددة البروتوكولات. يمكن لهذا المعالج، عند استخدامه مع جهاز إرسال واستقبال متكامل متعدد البروتوكولات منخفض الطاقة بتردد 2.4 جيجاهرتز، أن يوفر 8 ديسيبل (استنادًا إلى طاقة إرسال تبلغ 1 مللي واط (ديسيبل ميلي واط)) وحساسية استقبال -96 ديسيبل ميلي واط.
سيضمن التآزر بين موارد المكدس ووظائف الأجهزة أن تصميمك يدعم العديد من تقنيات الاتصال الرائدة وبروتوكولات إنترنت الأشياء، بما في ذلك Bluetooth 6.0 وBLE وZigbee وThread وMatter وAmazon Sidewalk وبروتوكولات 2.4 جيجا هرتز الخاصة، بسرعات تصل إلى 4 ميجابت في الثانية (Mb/s). إذا كان جهاز IoT الخاص بك لا يزال بحاجة إلى دعم التعايش مع Wi Fi، فسيقوم معالج Arm Cortex-M33 بتشغيل حزمة Wi Fi الخاصة بشريحة Wi Fi المصاحبة لسلسلة Nordic nRF70. يمكن لهذه الشريحة الاتصال بسهولة بسلسلة SoCs من سلسلة Nordic nRF، مثل سلسلة nRF54L.
تلبي شريحة nRF54L اللاسلكية متطلبات BLE Core 6.0 تمامًا ولها وظائف مثل اكتشاف قناة Bluetooth. يمكن لتقنية اكتشاف القنوات تحقيق دقة ثورية وقدرات نطاق آمنة لتلبية احتياجات الجيل الجديد من العلامات الإلكترونية وأقفال الأبواب الذكية والأجهزة المنزلية وأنظمة تتبع الأصول.
تعمل موارد البرامج على تسريع تصميم برامج إنترنت الأشياء
توفر مجموعة تطوير nRF54L15-DK منصة أجهزة جاهزة لتطوير الأجهزة القائمة على nRF54L، في حين توفر مجموعة تطوير برمجيات Nordic nRF Connect (SDK) (الشكل 3) أساسًا برمجيًا شاملاً لبناء تطبيقات برمجيات إنترنت الأشياء بسرعة. يوفر SDK إطار عمل قابل للتوسيع لإنشاء برامج متنوعة، بدءًا من الإجراءات المخصصة المُحسّنة للأجهزة محدودة الموارد وحتى حزم البرامج المصممة للتطبيقات المعقدة.
الشكل 3: يوفر nRF Connect SDK مجموعة برامج شاملة تعمل على تسريع عملية تطوير تطبيقات إنترنت الأشياء المعقدة. (مصدر الصورة: شركة الشمال لأشباه الموصلات)
يجمع كود nRF Connect SDK بين أداة تحميل التمهيد الآمنة MCUBoot مفتوحة المصدر ونظام التشغيل Zephyr مفتوح المصدر (RTOS)، مما يسمح بقابلية التوسع من الأنظمة المحدودة الذاكرة إلى تكوينات الذاكرة الكبيرة. بناءً على هذه المجموعات، توفر حزم برامج nrf وnrfxlib الخاصة بشركة Nordic مجموعات بروتوكولات الاتصال المطلوبة لشبكات BLE وشبكات Bluetooth المتداخلة وWi Fi وMatter وThread/Zigbee. توفر مكتبة البرامج الوسيطة برامج تشغيل الأجهزة والبرامج الثابتة الآمنة ودعم بروتوكولات الاتصال، بما في ذلك بروتوكول التطبيقات المقيدة (CoAP) ونقل القياس عن بعد لخدمة وضع الرسائل في قائمة انتظار (MQTT).
يتضمن مستودع nRF Connect SDK الذي توفره شركة Nordic عددًا كبيرًا من نماذج التطبيقات، مما يسهل عليك إنشاء كود مصدر التطبيق بسرعة. بعد إنشاء مستودع التعليمات البرمجية باستخدام nRF Connect SDK، تسمح لك البيئة الشمالية بنقل التعليمات البرمجية المصدر بسهولة إلى تطبيقات مختلفة على تكوينات الأجهزة المختلفة باستخدام ملفات التكوين (*.conf) وملفات شجرة الجهاز (*.dts) (الشكل 4).