Les dispositifs Internet des objets (IoT) utilisés pour l'éclairage intelligent et l'automatisation des bâtiments connaissent une évolution rapide, leurs rôles passant de simples nœuds de contrôle à de riches systèmes interconnectés. Ces systèmes doivent prendre en charge des exigences informatiques plus élevées, des performances de sécurité robustes et des performances de radiofréquence (RF) plus élevées. Face à cette tendance, les concepteurs sont soumis à une pression croissante pour équilibrer diverses exigences telles que la connectivité multiprotocole, les fonctionnalités de sécurité avancées et l'efficacité énergétique, tout en s'efforçant de réduire les coûts de nomenclature (BOM) et la complexité du système. La clé pour répondre aux demandes de ces applications IoT émergentes réside dans l’adoption de dispositifs avancés de systèmes sur puce (SoC) sans fil.
Cet article vise à détailler les défis auxquels sont confrontés les concepteurs de dispositifs et de systèmes IoT émergents, puis à présenter comment le SoC IoT sans fil de nouvelle génération de Silicon Labs répond à ces défis grâce à son architecture à très faible consommation. Cette architecture combine des processeurs hautes performances avec plusieurs sous-systèmes dédiés, offrant ainsi une solution réalisable.
Comment des demandes diversifiées conduisent l’évolution des appareils vers une plus grande intégration
On s'attend de plus en plus à ce que les appareils intelligents alimentés par le secteur utilisés dans des applications telles que l'éclairage LED, les prises intelligentes et les interrupteurs fournissent des fonctionnalités plus riches dans des cycles de développement plus courts. Les concepteurs de ces appareils sont confrontés à une série d'exigences strictes : ils doivent intégrer des capacités de traitement plus élevées, de multiples normes sans fil et des performances de sécurité robustes tout en contrôlant strictement les coûts de nomenclature et en garantissant un comportement prévisible des appareils dans un environnement d'exploitation continu.
La complexité des connexions sans fil exacerbe ces pressions. Les protocoles Bluetooth basse énergie (BLE), Zigbee, Thread et Matter coexistent de plus en plus, rendant complexes les solutions basées sur un protocole unique ou une architecture multi-puces. La prise en charge de plusieurs protocoles hétérogènes via des composants externes peut ralentir la progression du développement et entraîner une faible efficacité. Par conséquent, la conception de l'IoT a évolué vers l'utilisation de SoC sans fil monopuce, tels que le SoC sans fil SiMG301/SibG301 série 3 de Silicon Labs (Figure 1). Ce type de puce intègre le traitement des applications, les fonctions de sécurité et les opérations sans fil dans un seul appareil.
Le SoC IoT sans fil avancé intègre l'intégralité du diagramme schématique de la pile fonctionnelle
Figure 1 : Le SoC IoT sans fil avancé intègre l'ensemble de la pile fonctionnelle, permettant ainsi d'obtenir une efficacité de conception supérieure par rapport aux premières solutions multipuces. (Source de l'image : Silicon Labs)
Ces SoC, avec leur architecture avancée, peuvent fournir des performances élevées, une sécurité robuste et des capacités de connectivité flexibles, permettant aux concepteurs de répondre plus efficacement aux demandes en évolution rapide des appareils intelligents.
L'architecture intégrée peut répondre aux divers besoins des applications IoT émergentes
La série SixG301 intègre toutes les fonctions requises pour les appareils intelligents alimentés par secteur. Afin de répondre aux exigences informatiques de plus en plus complexes, le SoC SixG301 est basé sur un cœur de processeur Arm Cortex-M33 de 150 MHz avec des instructions de traitement du signal numérique (DSP) et des unités arithmétiques à virgule flottante (FPU) (Figure 2). Le sous-système de processeur combine le cœur avec une mémoire vive (RAM) sur puce, une mémoire flash co-packagée, un contrôleur d'accès direct à la mémoire (DMA) et une interface de débogage. Cette architecture fournit également une prise en charge complète des appareils intelligents via des modules matériels dédiés pour la connectivité, la sécurité, la gestion de l'énergie, les horloges, les minuteries et les périphériques (y compris des fonctions dédiées pour l'éclairage LED).
Schéma schématique de l'architecture SoC EFR32BG22 de Silicon Labs (cliquez pour agrandir)
Figure 2 : L'architecture SoC sans fil SixG301 intègre le traitement des applications, la connectivité sans fil et la sécurité, offrant des performances évolutives et réduisant la complexité du système pour les appareils intelligents alimentés par le secteur. (Source de l'image : Silicon Labs)
Pour les concepteurs, la série SixG301 offre une solution évolutive capable de répondre à un large éventail d'exigences. Afin de parvenir à une conception d'appareils intelligents avec comme objectif la connectivité Bluetooth, la série de SoC Bluetooth SiBG301 prend en charge le BLE, les réseaux maillés Bluetooth et les applications propriétaires de 2,4 gigahertz (GHz). La série de SoC multiprotocoles SiMG301 prend non seulement en charge les mêmes options Bluetooth, mais ajoute également la prise en charge de la couche physique (PHY) IEEE 802.15.4 et de la couche de contrôle d'accès aux médias (MAC), adaptées aux réseaux sans fil à faible débit de données, notamment Zigbee, Matter over Thread et OpenThread. Au sein de chaque série, différents modèles offrent également des options de configuration supplémentaires, fournissant jusqu'à 512 Ko de RAM et 4 Mo de mémoire flash QSPI (Quad Channel Serial Peripheral Interface) à exécution sécurisée sur puce (XIP). Quelle que soit la configuration choisie, tous les membres de la série SoC SixG301 possèdent les mêmes capacités de base requises pour la prochaine génération d'appareils IoT.
Les applications IoT avancées reposent sur une connectivité robuste, et la série SixG301 est conçue pour fonctionner de manière fiable même dans les environnements à haute densité et sujets aux interférences typiques de ces applications. Cette série de radios sans fil à faible consommation (LPW) (Figure 3) intègre un cœur de processeur radio, une RAM et des chemins de signaux de transmission et de réception dédiés, fournissant ainsi un sous-système de connectivité complet.