Wykorzystanie zaawansowanych układów SoC Bluetooth 5.2 do budowy bezpiecznych urządzeń IoT o niskiej mocy

Łączność Bluetooth i niskie zużycie energii to kluczowe wymagania w projektach z zasilaniem bateryjnym stanowiących bazę produkowanych masowo przedmiotów wykorzystywanych do Internetu rzeczy (IoT), urządzeń ubieralnych, łączności domów i aplikacji automatyki budynków. W trakcie tworzenia takich projektów deweloperzy starają się znaleźć tanie urządzenia Bluetooth SoC, które są w stanie zapewnić wysoką wydajność przy ograniczonym budżecie. Bardzo często jednak deweloperzy zmuszeni są wybrać mniej wydajne komponenty, a nawet zrezygnować z coraz ważniejszych aspektów, takich jak bezpieczeństwo, aby spełnić wymagania dotyczące tanich rozwiązań projektowych o niskiej mocy.

W celu ograniczenia koniecznych kompromisów, w specyfikacji Bluetooth 5.2 wprowadzono funkcje oszczędzania energii, takie jak LE Power Control, przesyłanie danych PAST, a także zaawansowaną, sieć kratową o niskiej mocy, z funkcjami śledzenia lokalizacji. Wymagany jest do tego jeden zintegrowany układ scalony, który obsługuje te funkcje i który jest obsługiwany przez powiązane zestawy rozwojowe i oprogramowanie, pozwalające deweloperom szybko i sprawnie wdrożyć energooszczędne rozwiązania Bluetooth 5.2.

W tym artykule pokazano, jak oferta urządzeń Bluetooth Low-Energy 5.2 SoC EFR32BG22 firmy Silicon Labs może spełnić szereg wymagań dotyczących zasilania i wydajności w produktach z zasilaniem bateryjnym. Korzystając z serii urządzeń SoC EFR32BG22 i powiązanego z nią ekosystemu rozwojowego, deweloperzy mogą budować urządzenia IoT i inne produkty z zasilaniem bateryjnym zdolne do długotrwałej pracy przez ponad pięć lat na jednej baterii pastylkowej CR2032 lub ponad 10 lat na baterii CR2354.

Optymalizacja mocy dzięki zaawansowanym funkcjom BLE

Łączność Bluetooth stała się znaną cechą masowo produkowanych urządzeń konsumenckich, ale można się spodziewać, że dostępność bardziej zaawansowanych funkcji Bluetooth Low Energy (BLE) pomoże w opracowaniu szeregu bardziej zaawansowanych produktów związanych z Internetem rzeczy, urządzeń ubieralnych i innych produktów mobilnych. Chcąc jednak zapewnić te funkcje, deweloperzy stają w obliczu wyzwań związanych z oczekiwaniami dłuższej żywotności baterii i większego bezpieczeństwa produktów.

W każdej wymianie danych za pośrednictwem Bluetooth, transakcji sieci kratowej lub operacji usługi lokalizacyjnej kluczowe znaczenie dla osiągnięcia dobrego stosunku sygnału do szumu (SNR) ma wybór ustawienia mocy nadajnika. Jeśli moc nadajnika jest zbyt niska, obniżony współczynnik SNR może prowadzić do zwiększenia częstości błędów. Jeśli moc jest zbyt wysoka, nadajnik nie tylko marnuje energię, ale jego silny sygnał może prowadzić do usterek komunikacji poprzez zwiększenie zakłóceń w sieciach wielowęzłowych lub nasycenie pobliskich odbiorników.

Zarządzanie mocą: wprowadzenie funkcji LE Power Control w Bluetooth 5.2 rozwiązuje te problemy za pomocą protokołu, który umożliwia urządzeniom BLE interakcję z odbiornikami w celu uzyskania optymalnego ustawienia mocy nadajnika. Dzięki temu odbiornik może użyć protokołu LE Power Control, by zażądać od kompatybilnego nadajnika zmianę poziomu mocy nadawania w celu poprawy współczynnika SNR odbiornika. Podobnie nadajnik może wykorzystywać dane LE Power Control, by w razie konieczności obniżyć moc nadajnika do poziomu odpowiedniego dla odbiornika. Wówczas nadajnik może wykorzystywać wskaźnik siły odbieranego sygnału (RSSI) wysyłany przez odbiornik w celu niezależnego dostrojenia mocy wyjściowej nadajnika.

W niektórych zastosowaniach deweloperzy nie muszą się tak martwić optymalizacją mocy nadajnika, natomiast ważniejszą kwestią jest zapewnienie, że ich urządzenie ma wystarczającą moc, aby wysłać sygnał do odległego hosta lub koncentratora komunikacyjnego. Potrzeba zapewnienia skutecznej łączności bezprzewodowej na dużych odległościach nigdy nie szła w parze z niskim poborem energii i bezpieczeństwem, szczególnie w przypadku projektów o ograniczonych zasobach, stanowiących bazę urządzeń z zasilaniem bateryjnym.

Sieci kratowe: potrzebę wykorzystania nadajnika o wysokiej mocy w celu łączności z odległymi hostami można wyeliminować dzięki kratowej sieci BLE. W tym rozwiązaniu urządzenia bateryjne łączą się za pomocą komunikacji o niższej mocy z pobliskimi węzłami z zasilaniem liniowym. Ponieważ dane są przekazywane między węzłami, urządzenie o niskiej mocy może komunikować się na większą odległość, co byłoby niewykonalne nawet przy maksymalnej mocy nadajnika i czułości odbiornika. W zastosowaniach takich jak automatyka domowa lub budynkowa deweloperzy mogą korzystać z funkcji transmisji Bluetooth na przykład, aby wiele urządzeń reagowało na jedno polecenie zmiany poziomu oświetlenia danego obszaru. Za pomocą Bluetooth Low Energy te protokoły sieci kratowej mogą pomóc w zaspokojeniu sprzecznych wymagań dotyczących większego zakresu działania i niskiej mocy.

Usługi lokalizacyjne: usługi lokalizacyjne Bluetooth wiążą się z wyzwaniami wydajnej komunikacji radiowej oraz potrzebą efektywnego przetwarzania sygnałów. Dostępność funkcji radiolokacyjnych w Bluetooth pozwala deweloperom wdrożyć systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) w celu śledzenia zasobów lub systemy pozycjonowania wewnętrznego (IPS) wykorzystywane do nawigacji w budynkach. Dzięki wprowadzeniu obsługi kąta nadejścia sygnału (AoA), jak i kąta wyjścia (AoD) w Bluetooth 5.1, urządzenia RTLS i IPS mogą osiągnąć poziom dokładności pozycji wyższy niż dostępny we wcześniejszych metodach opartych na RSSI.

Metody AoA i AoD zasadniczo zapewniają uzupełniające się możliwości. Odbiorniki wieloantenowe mogą wykorzystywać obliczenia AoA do śledzenia położenia ruchomego zasobu, który nadaje sygnał lokalizacyjny z pojedynczej anteny. I odwrotnie, nadajniki wieloantenowe mogą umożliwić na przykład urządzeniom ubieralnym wykorzystanie obliczeń AoD w celu ustalenia jego położenia (ilustracja 1).

Ilustracja 1: metoda AoA Bluetooth pozwala odbiornikowi na użycie zestawu anten w celu ustalenia pozycji nadajnika, natomiast metoda AoD pozwala na przykład przenośnemu urządzeniu na ustalenie własnej pozycji względem anteny. (Źródło ilustracji: Bluetooth SIG)

W każdej z metod odbiorniki AoA lub urządzenia AoD wykorzystują przetwarzanie sygnału kwadraturowego w celu określenia przesunięcia fazowego związanego odpowiednio z sygnałem odbieranym lub nadawanym przez układ wieloantenowy. Z kolei wymagania dotyczące urządzeń różnią się w zależności od zasobu śledzonego metodą AoA lub urządzenia określającego jego lokalizację metodą AoD. Śledzony zasób wymaga najniższego możliwego zużycia energii, aby zapewnić dłuższy czas pracy baterii podczas transmisji. Z kolei urządzenie do wyszukiwania lokalizacji wymaga mocy obliczeniowej wystarczającej do obsługi obliczeń przesunięcia fazowego z wykorzystaniem przesłanych czynników fazy (I) i kwadratury (Q) związanych z wymaganym próbkowaniem IQ w celu ustalenia dokładnych informacji o pozycji podczas ruchu.

Dodatkowe funkcje Bluetooth umożliwiają deweloperom zmniejszenie zużycia energii bez utraty precyzji pozycjonowania. Aby na przykład wdrożyć AoD w urządzeniu przenośnym, protokół Bluetooth pozwala na synchronizację nadajnika i odbiornika, aby oba urządzenia włączały się jednocześnie i wykonywały skanowanie lokalizacji. Takie podejście eliminuje potrzebę przypadkowego marnowania energii przez urządzenia wysyłające lub nasłuchujące pakietów sygnałów. Procesory bezprzewodowe mogą po prostu pozostawać uśpione w trybie niskiego poboru mocy, dopóki wbudowane zegary nie wybudzą ich w wymaganym czasie. To zsynchronizowane podejście zmniejsza również zakłócenia i spadki wydajności, które powstałyby, gdyby duża liczba nadajników i odbiorników działała blisko siebie.

Okresowe przesyłanie sygnału Bluetooth (PAST) zapewnia dalsze ograniczenie zużycia energii w sparowanych urządzeniach, takich jak urządzenia ubieralne i smartfony (ilustracja 2).

Ilustracja 2: zamiast zużywać energię w celu utrzymania własnego zsynchronizowanego połączenia z nadajnikiem (po lewej), urządzenie ubieralne może korzystać z mechanizmu Bluetooth PAST w celu zmniejszenia zużycia energii, współpracując ze sparowanym smartfonem w celu zapewnienia wymaganych danych synchronizacji (po prawej). (Źródło ilustracji: Bluetooth SIG)

Dzięki mechanizmowi PAST urządzenie ubieralne wykorzystuje okresową synchronizację sygnału smartfona z nadajnikiem. W rezultacie urządzenie o niskiej mocy może uniknąć strat energii związanych z wybudzaniem i przeprowadzaniem zsynchronizowanej wymiany danych z nadajnikiem. W razie potrzeby w sytuacji niskiego poziomu naładowania baterii, urządzenie ubieralne może nawet zmniejszyć częstotliwość aktualizacji danych pozycjonowania ze smartfonem, wydłużając czas działania kosztem dokładności pozycjonowania.

Aby jednak w pełni wykorzystać zaawansowane funkcje BLE, deweloperzy potrzebują Bluetooth SoC, który jest w stanie sprostać konkurencyjnym wymaganiom w zakresie obniżonego zużycia energii i możliwości obliczeniowych. Grupa EFR32BG22 Bluetooth Low-Energy 5.2 SoC firmy Silicon Labs została zaprojektowana specjalnie z myślą o spełnieniu tych wymagań w przypadku masowo produkowanych urządzeń z zasilaniem bateryjnym.

Spełnianie wymagań dotyczących mocy i wydajności

Zbudowana na bazie rdzenia Arm® Cortex®-M33, architektura Bluetooth Low-Energy 5.2 SoC grupy EFR32BG22 firmy Silicon Labs cechuje się kompleksowym zestawem funkcji i możliwości wymaganych w projektach urządzeń IoT, urządzeń ubieralnych i innych produktów mobilnych z zasilaniem bateryjnym (ilustracja 3).

Ilustracja 3: architektura SoC EFR32BG22 firmy Silicon Labs wykorzystuje rdzeń Arm Cortex-M33 i cechuje się kompleksowym zestawem funkcji i możliwości zaprojektowanych w celu optymalizacji komunikacji BLE, zwiększenia bezpieczeństwa i zminimalizowania zużycia energii w projektach o niskim poborze mocy. (Źródło ilustracji: Silicon Labs)

Dzięki rdzeniowi Arm Cortex-M33 z powiązaną pamięcią, podstawowa architektura SoC EFR32BG22 łączy w sobie szeroki zestaw interfejsów szeregowych, kanałów GPIO, zegarów i timerów. Zintegrowany 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) obsługuje przetwarzanie wejściowe SE (single-ended) lub różnicowe z prędkością do 1 miliona próbek na sekundę (MSPS) dzięki nowatorskiej architekturze, która łączy elementy z rejestru SAR i przetworniki delta-sigma.

W grupie EFR32BG22 różne urządzenia są projektowane tak, aby spełniać określone wymagania dotyczące przetwarzania i operacji Bluetooth. Na przykład deweloperzy budujący projekty do bardziej wymagających obliczeń mogą wybrać SoC EFR32BG22C222, który oferuje szybszy rdzeń, więcej GPIO i wyższą moc nadawania (TX). W przypadku projektów zbudowanych do zastosowań RTLS lub IPS konstruktorzy mogą skorzystać z SoC EFR32BG22C224 z wbudowanym wsparciem próbkowania IQ i ze zwiększoną czułością odbiornika (RX).

Podstawą każdego urządzenia z grupy EFR32BG22 jest kompletny podsystem radiowy, moduł zabezpieczeń i jednostka zarządzania energią, które zapewniają szeroki zakres usług wymaganych do bezpiecznej komunikacji Bluetooth o niskim poborze mocy.

Podsystem radiowy Bluetooth o niskiej mocy

Podsystem radiowy grupy EFR32BG22 obsługuje technologię Bluetooth Low Energy 5.2 poprzez osobne ścieżki sygnałowe nadawania (TX) i odbioru (RX) kontrolowane przez dedykowany rdzeń procesora Arm Cortex-M0+ o ultraniskiej mocy. Projekt podsystemu radiowego uzupełnia możliwości przetwarzania tego rdzenia o dedykowane bloki, w tym sterownik FRC, moduł kontrolny CRC i dedykowany sterownik bufora radiowego (BUFC), który zarządza buforami RAM (ilustracja 4).

Ilustracja 4: urządzenie SoC EFR32BG22 posiada zintegrowany kompletny podsystem radiowy BLE sterowany przez dedykowany rdzeń procesora Arm Cortex-M0+. (Źródło ilustracji: Silicon Labs)

Ścieżka nadawania (TX), oparta na architekturze nadajnika z bezpośrednią konwersją obejmuje wbudowany wzmacniacz mocy (PA) z modulatorem (MOD) i syntezatorem częstotliwości. Podczas wykonywania protokołów wielodostępu do łącza ze śledzeniem stanu nośnika i unikaniem kolizji (CSMA/CA) lub listen-before-talk (LBT), sterownik radiowy Arm Cortex-M0+ automatycznie zarządza niezbędnym taktowaniem transmisji ramki.

Ścieżka odbioru (RX) wykorzystuje architekturę odbiornika o niskiej częstotliwości pośredniej (IF), która obejmuje wzmacniacz niskoszumowy (LNA), automatyczną kontrolę wzmocnienia (AGC) i przetwornik IF ADC, który umożliwia urządzeniu cyfrową demodulację (DEMOD) z decymacją oraz filtrowaniem i może być skonfigurowany do obsługi pasma odbiornika od 0,1 do 2530 kiloherców (kHz). Łańcuch sygnałowy odbioru (RX) generuje natomiast wartość RSSI odbiornika wykorzystywaną do szerokiej gamy usług, w tym między innymi do optymalizacji mocy, sterowania jakością sygnału i wykrywania bliskości.

Działając równolegle ze ścieżką sygnału odbioru (RX), moduł RFSENSE firmy Silicon Labs monitoruje sygnał wejściowy i wybudza urządzenie, gdy wykryje energię o częstotliwościach radiowych (RF) powyżej określonego progu. Aby zmniejszyć liczbę fałszywych alertów podczas pracy w środowisku elektrycznym o dużej ilości zakłóceń, moduł RFSENSE posiada również tryb selektywny, który generuje sygnał wybudzenia tylko wtedy, gdy wykrywa określony wzorzec energii, a nie jakąś serię przypadkowej energii RF. W tym przypadku wzorzec energii odpowiada preambule kluczowania on-off (OOK) w przesyłanym pakiecie, więc energia wykryta przez moduł RFSENSE ma większe prawdopodobieństwo zasygnalizowania rzeczywistej komunikacji.

Wsparcie sprzętowe do budowy bezpiecznych systemów

Zapewnienie bezpieczeństwa połączonych urządzeń z zasilaniem bateryjnym wymaga rozwiązań, które trudno pogodzić z funkcjami i możliwościami tradycyjnych procesorów używanych we wcześniejszych projektach. Tradycyjne procesory, zbudowane do działania w mniej wrażliwych warunkach, nie mają niektórych fizycznych i funkcjonalnych możliwości wymaganych do zabezpieczenia dzisiejszych urządzeń IoT i urządzeń ubieralnych. Na przykład gotowość do działania urządzeń IoT i ubieralnych ułatwiają hakerom atakowanie tych konstrukcji metodami side-channel, takimi jak różnicowa analiza mocy (DPA), która może ujawniać tajne dane i klucze prywatne. Używając tych kluczy, hakerzy mogą stosować różne metody fałszowania rzeczywistych urządzeń i uzyskiwania dostępu do bezpiecznych sieci i pozornie chronionych zasobów. Jeszcze łatwiej hakerom przychodzi penetrowanie sieci bezprzewodowych w celu dotarcia do słabo zabezpieczonych do nich podłączonych urządzeń w ramach „wstępu” do ataku tego samego rodzaju.

Wymagania dotyczące minimalnego wykazu materiałów BOM i przedłużonego czasu pracy baterii często zmuszają projektantów do stosowania zabezpieczeń programowych. Niestety metody te pozostają równie wrażliwe, jak samo oprogramowanie i system operacyjny. Co jeszcze pogarsza sprawę z punktu widzenia użytkownika, mechanizmy zabezpieczeń zaimplementowane wyłącznie w oprogramowaniu wprowadzają zauważalne opóźnienia w komunikacji i postrzeganej reakcji aplikacji. Aby wzmocnić zabezpieczenia bez pogarszania wydajności, projekty sieciowe muszą polegać na sprzętowych mechanizmach zabezpieczeń.

Grupa EFR32BG22 pomaga deweloperom w zabezpieczeniu urządzeń za pomocą kombinacji sprzętowych mechanizmów zabezpieczeń. Podstawą tych mechanizmów jest akcelerator kryptograficzny przyspieszający szyfrowanie i deszyfrowanie danych przy użyciu szerokiej gamy długości i trybów klucza Advanced Encryption Standard (AES). W przypadku operacji uwierzytelniania i podpisywania akcelerator obsługuje popularne krzywe i funkcje skrótu w kryptografii krzywych eliptycznych (ECC).

Na niższym poziomie generator liczb losowych (TRNG) podaje niedeterministyczne wzorce liczb wymagane do ograniczania zagrożeń wynikających z używania generatorów liczb losowych, o których wiadomo, że powtarzają wzorce liczb. Jeszcze niższy poziom mechanizmu chroni akcelerator przed wspomnianymi wcześniej atakami side-channel DPA.

Wdrożenie zabezpieczeń systemu za pomocą tych mechanizmów to tylko połowa sukcesu we wszystkich produktach sieciowych. Rzeczywiście, ograniczanie zagrożeń we wdrażanych systemach jest ciągłą walką, która jest jeszcze trudniejsza w wyrafinowanych konstrukcjach z zasilaniem bateryjnym. Dawniej po zabezpieczeniu urządzenia z jednej strony deweloperzy wystawiali swoje konstrukcje na ataki złośliwego oprogramowania lub nawet penetrację przez otwarte interfejsy debugowania. Grupa EFR32BG22 rozwiązuje oba te problemy poprzez wyspecjalizowane funkcje zaprojektowane w celu ograniczenia złośliwego oprogramowania i penetracji interfejsu debugowania.

Omawiane SoC zapewniają bezpieczne uruchamianie (Secure Boot) z systemem Root of Trust i bezpiecznym modułem ładującym (RTSL), który wykorzystuje dwustopniowy program ładujący, którego zadaniem jest zapewnienie, że system oparty na EFR32BG22 uruchamia się tylko z uwierzytelnionym oprogramowaniem układowym (ilustracja 5).

Ilustracja 5: bezpieczne uruchamianie obsługiwane przez grupę urządzeń SoC EFR32BG22 firmy Silicon Labs, wraz z RTSL zapewnia zaufany root na uwierzytelnionym oprogramowaniu układowym uruchamianym z ROM. (Źródło ilustracji: Silicon Labs)

Co do zasady, bezpieczne uruchamianie z RTSL usuwa lukę w starszych jednostopniowych programach ładujących, które pozwalały hakerom przejąć pełną kontrolę nad systemem sieciowym, uruchamiając go przy użyciu sfałszowanego oprogramowania. Wydaje się, że użycie podpisanego oprogramowania układowego stanowi rozwiązanie tego problemu. W praktyce jednak nawet podpisane metody uruchamiania są narażone na atak z użyciem podrobionych certyfikatów do podpisywania oprogramowania układowego lub z wykorzystaniem legalnych certyfikatów uzyskanych z nielegalnych źródeł.

Natomiast system oparty na EFR32BG22 wykorzystuje system Root of Trust oparty na programie ładującym pierwszego etapu, który pobiera zaufane oprogramowanie z pamięci ROM. Z kolei to zaufane oprogramowanie stosuje ścisłe metody uwierzytelniania w celu weryfikacji źródła i integralności kodu programu ładującego drugiego etapu, który natomiast weryfikuje i ładuje kod aplikacji.

Możliwość zbudowania rozwiązania systemowego opartego na systemie Roof of Trust pozwala deweloperom dostarczać wysoce bezpieczne produkty z ciągłą integralnością oprogramowania, nawet przy użyciu bezprzewodowych cykli aktualizacji oprogramowania układowego (OTA). Czasami jednak deweloperzy potrzebują głębszego dostępu do tych systemów udostępnianego na poziomie systemowego portu debugowania.

Oczywiście wdrożenie rozwiązania systemowego z otwartym portem debugowania to przepis na katastrofę. Funkcja bezpiecznego debugowania grupy urządzeń EFR32BG22 stanowi praktyczne rozwiązanie dla deweloperów złożonych systemów oprogramowania, którzy potrzebują możliwości śledzenia błędów bez narażania bezpieczeństwa całego systemu. Dzięki bezpiecznemu debugowaniu deweloperzy mogą używać bezpiecznych mechanizmów uwierzytelniania w celu odblokowania portu debugowania i uzyskania widoczności potrzebnej do analizy błędów bez narażania poufności danych użytkownika we wdrożonym systemie.

Optymalizacja zużycia energii

Najskuteczniejsze mechanizmy komunikacji i zabezpieczeń Bluetooth pozostawiają jednak urządzenie bateryjne w niekorzystnej sytuacji, jeśli nie jest w stanie zapewnić dłuższego czasu pracy baterii. Dlatego funkcje zarządzania energią i jej optymalizacji są wbudowane w architekturę SoC EFR32BG22. Wykorzystując w pełni rdzeń Arm Cortex-M33 o niskiej mocy, omawiane SoC zużywają tylko 27 mikroamperów na megaherc (μA/MHz), pracując z maksymalną częstotliwością (76,8 MHz) w trybie w pełni aktywnym (EM0) z wyłączonymi wszystkimi urządzeniami peryferyjnymi.

W okresach bezczynności deweloper może ustawić SoC w jednym z kilku trybów niskiego poboru mocy, w tym w trybie uśpienia (EM1), głębokiego uśpienia (EM2), zatrzymania (EM3) i wyłączenia (EM4). Gdy SoC przechodzi w tryb niskiego poboru mocy, zintegrowana jednostka zarządzania energią (EMU) wyłącza rosnącą liczbę bloków funkcjonalnych, dopóki nie pozostanie włączony tylko minimalny zestaw bloków konieczny do wznowienia SoC (patrz ilustracja 3). Ponadto EMU automatycznie obniża poziom skalowania napięcia przy przełączaniu do trybów niższego poboru mocy. W rezultacie w systemie 3,0V wykorzystującym wewnętrzną przetwornicę prądu stałego i przy wyłączonych wszystkich urządzeniach peryferyjnych, zużycie energii gwałtownie spada do 17μA/MHz (praca 76,8MHz) w trybie uśpienia, 1,4μA w trybie głębokiego uśpienia z pełnym zachowaniem pamięci RAM, 1,05μA w trybie zatrzymania i 0,17μA w trybie wyłączenia.

We wcześniejszych procesorach deweloperzy musieli podjąć trudną decyzję dotyczącą wyboru trybu niskiej mocy ze względu na wydłużony czas potrzebny na wybudzenie tych procesorów. Wydłużony czas wybudzenia nie tylko oznacza dłuższy czas braku reakcji systemu podczas wybudzania, ale także powoduje marnowanie energii podczas wykonywania „nieproduktywnych” operacji związanych z procesem wybudzania. Deweloperzy często byli zmuszeni wybrać tryb o wyższej mocy, niż jest to wymagane, aby procesor mógł się obudzić na czas. W przeciwieństwie do tego, system oparty na układzie EFR32BG22 działający z pamięci RAM wymaga zaledwie 1,42 mikrosekundy (μs), aby wybudzić się z trybu uśpienia EM1 lub 5,15μs z głębokiego uśpienia EM2 lub trybu zatrzymania EM3. Nawet wybudzenie z trybu wyłączenia wymaga tylko 8,81 milisekund (ms), co często jest poniżej minimalnego okresu aktualizacji dla wielu urządzeń ubieralnych lub urządzeń IoT z zasilaniem bateryjnym.

Zdolność do pełnego wykorzystania tych stosunkowo krótkich czasów wybudzenia zależy od dostępności mechanizmów zdolnych do utrzymania pewnego poziomu aktywności, nawet gdy SoC jest w trybie zatrzymania zasilania EM3. Wraz z opisanymi wcześniej funkcjami, takimi jak RFSENSE, inne bloki funkcjonalne, takie jak zegar czasu rzeczywistego (RTC) SoC umożliwiają urządzeniu zachowanie czasu rzeczywistego podczas uśpienia, a jego zegar o niskim poborze mocy (LETIMER) umożliwia generowanie różnych przebiegów lub zapewniania liczników dla innych urządzeń peryferyjnych. W rzeczywistości urządzenia peryferyjne mogą nadal działać dzięki systemowi SoC o nazwie Peripheral Reflex System (PRS), który może kierować sygnały między różnymi urządzeniami peryferyjnymi i wykonywać podstawowe operacje logiczne ‑ wszystko to bez udziału procesora.

Skuteczny rozwój systemu

Aby przyspieszyć wdrażanie rozwiązań opartych na EFR32BG22, deweloperzy mogą skorzystać z kompleksowego zestawu narzędzi i bibliotek opartych na zintegrowanym środowisku programistycznym (IDE) Studio Simplicity firmy Silicon Labs. W ramach zestawu programistycznego Bluetooth Low Energy (SDK), firma Silicon Labs zapewnia obsługę zaawansowanych funkcji, w tym sieci kratowej Bluetooth, przetwarzania AoA i AoD oraz bezpiecznych bezprzewodowych aktualizacji oprogramowania układowego. Wraz z pełnym zestawem profili Bluetooth zestaw SDK zawiera przykładowe aplikacje i kod źródłowy do wdrażania niestandardowego oprogramowania.

Podsumowanie

Szybko rosnące zapotrzebowanie na zaawansowane funkcje BLE w produktach przenośnych z zasilaniem bateryjnym powoduje, że deweloperzy znajdują się pod rosnącą presją znalezienia rozwiązania między wymaganą wydajnością a dostępną mocą. W przeszłości te sprzeczne wymagania często prowadziły do kompromisu w zakresie możliwości, rozmiarów i kosztów systemu. Korzystając z zaawansowanej technologii SoC Bluetooth, deweloperzy mogą jednak konstruować masowo produkowane urządzenia IoT i inne urządzenia z zasilaniem bateryjnym, zdolne obsługiwać funkcje nowej generacji, takie jak nawigacja w pomieszczeniach czy sieci kratowe, działając przez wiele lat na jednej baterii pastylkowej.

Inne produkty z serii EFR32BG22:

1. Zestaw Thunderboard Wireless Cloud
2. Bezprzewodowy zestaw startowy
3. Płytka radiowa SLWRB4182A EFR32BG22 (QFN40)