Mikrokontrolery i IoT - przegląd możliwości zapewnianych przez Silicon Labs i Maxim

| Prezentacje firmowe

Szybki rozwój branży IoT zmienia rynek komponentów elektronicznych wymuszając zmiany w kierunku coraz ich większej specjalizacji aplikacyjnej pod kątem IoT. Głównymi zjawiskami są tutaj energooszczędność, komunikacja bezprzewodowa oraz bezpieczeństwo. W artykule omawiamy jak te zagadnienia wpływają na ofertę i działania firm Silicon Laboratories i Maxim Integrated - czołowych dostawców rozwiązań komunikacji bezprzewodowej.

Mikrokontrolery i IoT - przegląd możliwości zapewnianych przez Silicon Labs i Maxim
 
Rys. 1. Schemat blokowy układu EFR32MG21

Silicon Labs w ostatnich 3 latach znacznie umocnił swoją pozycję na rynku dokonując kilku znaczących przejęć innych firm oraz udoskonalając technologię. Obecnie producent ten dostarcza rozwiązania półprzewodnikowe z zakresu mikrokontrolerów (8051, Cortex-M0/3/4/33) oraz układów i modułów bezprzewodowych (ISM Sub- GHz/2,4 GHz, Zigbee/ Th read, Bluetooth, Wi-Fi, Wi-Fi Low Power, Z-Wave).

Cortex-M33 - TrustZone

Wśród nowych rozwiązań producenta warto dostrzec układy SoC EFR32MG21 oparte o rdzeń Cortex-M33 zwiększający bezpieczeństwo aplikacji. Seria EFR32MG21 to platforma wieloprotokołowa, co w połączeniu z architekturą ARM v8-M otwiera nowe możliwości w dziedzinie zapewnienia bezpieczeństwa aplikacji IoT. Cortex-M33 daje optymalne połączenie determinizmu w czasie rzeczywistym, wydajności energetycznej i bezpieczeństwa systemu.

System czasu rzeczywistego

 
Rys. 2. Micrium embedded software

Rosnące wymagania klientów końcowych w zakresie parametrów i funkcjonalności układów komunikacji bezprzewodowej oraz brak jednego idealnego i pasującego do wszystkich przypadków rozwiązania, powodują konieczność użycia w jednym chipie kilku standardów komunikacyjnych i zapewnienia ich dynamicznej obsługi.

Firma Silicon Labs po przejęciu firmy Micrium zapewnia inżynierom możliwość zarządzania pracą aplikacji przy użyciu systemu czasu rzeczywistego, co pozwala na m.in. dynamiczne przełączanie pomiędzy sieciami bezprzewodowymi oraz optymalizację efektywności łączności.

Wi-Fi Low Power solutions

W tym roku w ofercie Silicon Labs pojawiły się także rozwiązania Wi-Fi Low Power, będące odpowiedzią na potrzeby rynku stworzenia energooszczędnego układu komunikacji zapewniającego możliwość podłączenia do sieci Wi-Fi.

Cała rodzina tych układów, w skład której wchodzą transceiver WF200/200S, moduł w obudowie SiP WFM200 (dostępny już jako próbki inżynierskie) oraz moduł WGM160P odznaczają się o ponad połowę mniejszym poborem prądu: Rx (@1DSSS) 41,6 mA, Tx (17 dBm @1DSSS) 152,6 mA, associated DTIM3 337 μA, sleep 22 μA oraz power off < 0,5 μA. Czułość odbiornika to -96 dBm, a napięcie zasilania 1,8-3,6 V.

Maxim Integrated - dostawca bezpiecznych rozwiązań IoT

 
Rys. 3. Architektura układu WF200/200S

Rosnący potencjał rozwiązań IoT spowodował, że wiele firm zaczęło oferować produkty specjalizowane pod kątem takich zastosowań. Przykładem może być Maxim Integrated, która dotychczasowo dostarczała głównie mikrokontrolery z funkcjami bezpieczeństwa dla bankowości i kontroli dostępu. Obecnie ma rozwiązania specjalizowane do systemów mobilnych zasilanych z baterii (bezpiecznie i energooszczędne).

Dla zwiększenia bezpieczeństwa takie układy (oznaczone jako /31, /21, /26) mają wbudowany blok Trust Protection Unit, zapewniający funkcjonalność taką jak:

  • modular Arithmetic Accelerator (MAA), True Random Number Generator (TRNG),
  • secure nonvolatile key storage, SHA-256, AES-128/192/256,
  • memory decryption integrity unit, Secure Boot ROM.

PMU - zaawansowana energooszczędność

 
Rys. 4. Schemat blokowy bezpiecznego MCU firmy Maxim Integrated

Układy Maxim Integrated realizują siedem energetycznych trybów pracy, odpowiadających za pracę poszczególnych bloków. Za obsługę trybów pracy oraz minimalizację zużycia energii odpowiedzialny jest PMU (Power Management Unit). Dla najniższego trybu układ pobiera około 230 nW mocy oraz 13 mW w stanie aktywnym przy 96 MHz.

Secure Bootloader

Maksymalną ochronę przed atakiem z zewnątrz, mającym na celu zmianę lub skasowanie oprogramowania zapewnia Secure Bootloader. Zwiększa on bezpieczeństwo aplikacji po przez m.in. sprawdzanie autentyczności oprogramowania, przywracanie oryginalnej kopii systemu przy próbach wymazania programu, a umieszczony jest w pamięci niedostępnej z zewnątrz i niemożliwej do skasowania.

Wiele rozwiązań, wiele możliwości, precyzyjny wybór

 
Rys. 5. Secure Bootloader - zalety stosowania

W aplikacjach IoT coraz większą rolę odgrywa obecnie funkcjonalność samych chipów. Dlatego ważną kwestią jest wybranie odpowiedniego rozwiązania, zapewniającego niezbędną funkcjonalność. Niełatwo wybrać coś spośród wielu różnych rozwiązań komponentów, dlatego też kontakt z inżynierami aplikacyjnymi pomagają w zawężeniu spektrum poszukiwań oraz przy sprecyzowanych parametrach pozwalają na wybór konkretnego rozwiązania.

Firma Computer Controls świadczy usługi wsparcia na etapie wyborze rozwiązania, projektowania oraz późniejszym zaopatrzeniu.

Kamil Prus
Computer Controls

Zobacz również