Os dispositivos da Internet das Coisas (IoT) utilizados para iluminação inteligente e automação de edifícios estão a evoluir rapidamente,com as suas funções mudando de simples nós de controlo para sistemas ricas interconectadasEstes sistemas precisam suportar requisitos de computação mais elevados, desempenho de segurança robusto e desempenho de radiofrequência (RF) mais elevado.Os designers estão sob pressão crescente para equilibrar diversos requisitos, como a conectividade multiprotocolo, características de segurança avançadas e eficiência energética, enquanto se esforça também para reduzir os custos da conta de materiais (BOM) e a complexidade do sistema.A chave para atender às demandas destas aplicações emergentes da IoT reside na adoção de dispositivos avançados sem fio System on Chip (SoC).
Este artigo visa elaborar os desafios enfrentados pelos designers de dispositivos e sistemas IoT emergentes,e depois apresentar como o SoC sem fio da próxima geração da Silicon Labs aborda estes desafios através da sua arquitetura de ultra baixa potência.Esta arquitetura combina processadores de alto desempenho com vários subsistemas dedicados, proporcionando uma solução viável.
Como as demandas diversificadas impulsionam a evolução dos dispositivos para uma maior integração
Espera-se que os dispositivos inteligentes movidos por linha utilizados em aplicações como iluminação LED, tomadas inteligentes e interruptores forneçam cada vez mais funcionalidades mais ricas em ciclos de desenvolvimento mais curtos.Os projetistas destes dispositivos enfrentam uma série de exigências rigorosas: precisam de integrar capacidades de processamento mais elevadas, múltiplos padrões sem fios,e desempenho de segurança robusto, controlando estritamente os custos de BOM e garantindo o comportamento previsível dos dispositivos em um ambiente de operação contínua.
A complexidade das conexões sem fio exacerba essas pressões. Bluetooth de baixa energia (BLE), Zigbee, Thread, e Matter protocolos estão coexistindo cada vez mais.Fabricação de soluções baseadas num único protocolo ou numa arquitetura complexa de multi-chipsO apoio a múltiplos protocolos heterogéneos através de componentes externos pode retardar o progresso do desenvolvimento e resultar em baixa eficiência.O projeto da IoT mudou para o uso de SoCs sem fio de chip único, como o SoC sem fio da série 3 SiMG301/SibG301 da Silicon Labs (Figura 1). Este tipo de chip integra processamento de aplicativos, funções de segurança e operações sem fio em um único dispositivo.
O SoC IoT sem fio avançado integra todo o diagrama esquemático da pilha funcional
Figura 1: O avançado SoC de IoT sem fio integra toda a pilha funcional, alcançando maior eficiência de projeto em comparação com as primeiras soluções de multi-chip. (Fonte da imagem: Silicon Labs)
Estes SoCs, com a sua arquitetura avançada, podem fornecer alto desempenho, segurança robusta e capacidades de conectividade flexíveis,permitir que os designers respondam de forma mais eficaz às demandas em rápida evolução dos dispositivos inteligentes.
A arquitetura integrada pode satisfazer as diversas necessidades das aplicações IoT emergentes
A série SixG301 integra todas as funções necessárias para dispositivos inteligentes de linha.O SoC SixG301 é baseado num núcleo de processador Arm Cortex-M33 de 150 MHz com instruções de processamento de sinal digital (DSP) e unidades aritméticas de ponto flutuante (FPU) (Figura 2)O subsistema do processador combina o núcleo com memória de acesso aleatório (RAM) no chip, memória flash co-empacotada, controlador de acesso direto à memória (DMA) e interface de depuração.Esta arquitetura também fornece suporte abrangente para dispositivos inteligentes através de módulos de hardware dedicados para conectividade, segurança, gestão de energia, relógios, temporizadores e periféricos (incluindo funções específicas para iluminação LED).
Diagrama esquemático da arquitetura SoC EFR32BG22 do Silicon Labs (clique para ampliar)
Figura 2: A arquitetura do SoC sem fio SixG301 integra processamento de aplicativos, conectividade sem fio e segurança,fornecer desempenho escalável e reduzir a complexidade do sistema para dispositivos inteligentes movidos por linha(Fonte da imagem: Silicon Labs)
Para os designers, a série SixG301 fornece uma solução escalável que pode atender a uma ampla gama de requisitos.a série SiBG301 Bluetooth SoC suporta BLEA série SoC multiprotocolo SiMG301 não só suporta as mesmas opções Bluetooth, mas também adiciona suporte para IEEE 802.15.4 camada física (PHY) e camada de controle de acesso à mídia (MAC), adequada para redes sem fio de baixa taxa de transferência de dados, incluindo Zigbee, Matter over Thread e OpenThread.diferentes modelos também oferecem opções de configuração adicionais, fornecendo até 512 KB de RAM e 4 MB de memória flash de execução segura em chip (XIP) quad-canal de interface periférica serial (QSPI).Todos os membros da série SixG301 SoC possuem as mesmas capacidades essenciais necessárias para a próxima geração de dispositivos IoT..
Aplicações avançadas da IoT dependem de conectividade robusta, e a série SixG301 foi projetada para operar de forma confiável mesmo em ambientes de alta densidade e propensos a interferências típicos dessas aplicações.Esta série de rádios sem fio de baixa potência (LPW) (Figura 3) integra um núcleo de processador de rádio, RAM e caminhos de transmissão e recepção de sinais dedicados, proporcionando um subsistema de conectividade completo.