ÍNDICE DE CONTEÚDO
A Internet das Coisas (IoT) redefiniu a forma como interagimos com nossos dispositivos, o mundo e até mesmo nossas casas. Hoje em dia, a casa inteligente moderna provavelmente inclui muitos dispositivos inteligentes, como iluminação, painéis de controle, sistemas de aquecimento, ventilação, ar-condicionado (HVAC) e sistemas de segurança, cada um dos quais provavelmente é de um fabricante diferente. Conforme a IoT se tornou mais ubíqua, uma série de padrões de conectividade competiram ativamente por uma parcela no setor de casas inteligentes, com o BLUETOOTH® Low Energy, Wi-Fi® e Thread se tornando as principais opções entre diferentes fabricantes. Porque até mesmo os protocolos RF mais mainstream não são interoperáveis, desafios surgiram ao projetar uma solução de casa inteligente interconectada e sem interrupções.
Introdução ao Matter
Para superar os desafios de interoperabilidade que os projetistas e consumidores enfrentavam com os protocolos de RF concorrentes, a indústria de tecnologia se uniu para desenvolver o padrão Matter por meio da Connectivity Standards Alliance. O Matter trabalha com tecnologias existentes de casas inteligentes, como Thread, Wi-Fi e protocolos com fio Ethernet, adicionando uma camada de aplicação unificadora às pilhas de protocolos, permitindo que dispositivos de casa inteligente se comuniquem de forma segura e confiável entre si.
O padrão Matter possibilita uma interface mais fluida entre dispositivos que utilizam diferentes protocolos sem fio de RF e oferece mais flexibilidade e opções para projetistas e consumidores.
Projeto de Casa Inteligente
Um componente fundamental de qualquer casa inteligente é o roteador. Os roteadores permitem o acesso à internet e facilitam a comunicação entre dispositivos em diferentes redes, conectando-os sem fio por meio do Wi-Fi ou com fio através do Ethernet.
Este blog descreve como os designers podem incorporar o Matter em um projeto residencial inovador para construir um roteador de fronteira de IoT usando o Kit de Avaliação SAMA5D27 da Microchip Technology. O kit é composto pela placa base SAMA5D27, um SAMA5D27 SoM1 (System-on-Module) soldado na placa base e um SAMA5D27 System-In-Package (SIP) soldado no SoM. Também gravaremos uma imagem de distribuição Linux no SoM para concluir a construção.
Mas primeiro, vamos explorar o kit de avaliação SAMA5D27 e entender o que é um SoM e seus benefícios para integrar o Matter em uma solução residencial inteligente baseada em SoM.
Utilizando uma Abordagem Baseada em SoM para Criar uma Solução Matter
A integração do Matter com um processador incorporado habilitado para Linux, como o SoM SAMA5D27, pode ser benéfica ao criar uma solução de casa inteligente. O uso de abordagens baseadas em Matter e SoM está aumentando em roteadores de fronteira, que atuam como um gateway entre a internet externa e a rede da casa inteligente, permitindo o registro de dispositivos usando a tecnologia sem fio BLUETOOTH® e a implementação de camadas de segurança para garantir a segurança da rede interna.
O kit de avaliação SAMA5D27 oferece um processador Arm® Cortex®-A5 de 32 bits que opera a até 500MHz. O processador vem montado no SAMA5D27 SOM1 (Figura 1), que combina o processador A5 com uma variedade de periféricos, incluindo:
- Processador Arm® Cortex®-A5 com ponto flutuante e unidades SIMD
- Gerenciamento de energia
- 1GB de DDR
- 64Mb de flash QSPI
- PHY Ethernet 10/100 Base T
- 103 E/S, que estão conectadas às E/S do processador, incluindo suporte para SPI, I2C, UART, CAN, interface SDIO, conversor analógico-digital (ADC).
Figura 1: Sistema em módulo Microchip Technology SAMA5D27 SoM1 (Fonte: Mouser Electronics)
O que é um SoM?
O SoM é um conceito cativante e de crescimento rápido que reduz o tempo e o risco de desenvolvimento. Em sua forma mais básica, um SoM é um circuito em nível de placa que integra uma função de sistema específica em um único módulo que inclui alimentação, sincronização, memórias voláteis e não voláteis, além de disponibilizar as linhas de E/S para conectar o SoM à placa de suporte específica do aplicativo.
O SoM torna-se o coração do sistema em torno do qual o restante da solução é desenvolvida. Uma opção baseada em SoM arquitetada corretamente fornece ao desenvolvedor uma variedade de soluções.
O Benefício de Utilizar um SoM
O principal benefício de utilizar uma solução baseada em SoM é que os desenvolvedores podem reduzir o risco técnico e aumentar o Nível de Maturidade Tecnológica (TRL) da solução no início do desenvolvimento. O TRL permite que equipes de projeto avaliem sua prontidão para implantação medindo a maturidade dos componentes de tecnologia em seu sistema em uma escala de 1 a 9, sendo 9 a tecnologia mais madura com menos risco.
O uso de um SoM proporciona aos desenvolvedores uma solução alinhada com o TRL 5. O fabricante do SoM projetou, testou e qualificou o SoM antes de comercializá-lo. Isso permite que o desenvolvedor se concentre no design da placa de transporte que contém atividades de valor agregado.
Além dos elementos físicos de hardware, o fabricante do SoM também fornece outras ferramentas para auxiliar no desenvolvimento. Isso inclui um sistema operacional Linux embarcado, esquemas e guias do usuário que descrevem como projetar o SoM em uma placa de transporte, juntamente com projetos e designs de exemplo que podem ser usados para o desenvolvimento.
Além disso, o uso de um SoM pronto para uso pode reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento de um projeto, uma vez que os desenvolvedores podem começar a trabalhar com o SoM desde o início. Isso permite um TRL mais alto dos circuitos de aplicação, resultando em um custo total de engenharia reduzido. Além disso, menos esforço de software é necessário, uma vez que o SoM fornece um design comprovado.
Existem também várias vantagens de marketing ao usar abordagens baseadas em Matter e SoM, como ser o primeiro a entrar no mercado, ganhar uma maior participação no mercado e obter mais lucros. Isso também permite que os desenvolvedores comecem cedo a planejar a próxima geração de produtos, bem como possíveis atualizações de campo para unidades atualmente implantadas.
A Placa de Desenvolvimento
A Microchip Technology oferece um kit de avaliação para avaliar e iniciar o desenvolvimento usando o SoM1 SAMA5D27, que monta o SoM1 em uma placa base contendo vários periféricos que permitem aos desenvolvedores demonstrar as capacidades do SoM1. Esses periféricos incluem:
- Ethernet
- Interface Digilent Pmod™
- Cartão SD
- Duas entradas mikroe Click™, possibilitando comunicação via SPI, I2C, PWM ou serial.
- Depuração
- E/S de propósito geral
- USB
- CAN
A depuração é fornecida por um depurador J-Link embarcado que se conecta via USB. Esses periféricos fornecem ao desenvolvedor a capacidade de prototipar e mitigar riscos no desenvolvimento de aplicativos.
O Sistema Operacional
É claro que, para obter o melhor do hardware, precisamos utilizar um sistema operacional (SO), neste caso, o Linux. Usando uma das distribuições Linux mais populares, como o Ubuntu ou o OpenThread, podemos compilar e implantar facilmente o SO selecionado no SoM1.
A primeira etapa para fazer isso é usar uma máquina Linux ou uma máquina virtual, na qual podemos clonar o código-fonte necessário.
Isso irá construir o kernel do Ubuntu e os carregadores de inicialização. Também precisamos incluir um sistema de arquivos do Linux – comumente chamado de rootfs – e uma árvore de dispositivos que descreve a configuração do processador e dos periféricos no SoM1 e na placa de desenvolvimento incluída na imagem do SO.
Com os artefatos de compilação e o rootfs, podemos escrever a imagem em um cartão SD particionado. Uma vez que a imagem está no cartão SD, ela pode ser usada para inicializar o SoM1, e a inicialização da distribuição Linux Ubuntu permitirá o login. Depois de fazer o login, os usuários podem começar a desenvolver o aplicativo-alvo, seja um simples “olá mundo” ou um roteador de borda de IoT complexo, como usado em aplicações de casa inteligente usando frameworks como o Matter.
Integrando o Padrão Matter
Uma vez que o sistema operacional foi personalizado e implantado no SoM, a equipe de desenvolvimento pode então construir o aplicativo. O registro de dispositivos utiliza a tecnologia sem fio BLUETOOTH®, o que significa que o Wi-Fi e o Ethernet podem ser usados para aplicações de alta largura de banda, enquanto o Thread, como uma rede de malha, pode ser usado para comunicações de baixa largura de banda. O código-fonte para construir o Matter está disponível no GitHub, o que permite que os desenvolvedores de soluções baseadas em casa inteligente comecem a desenvolver assim que o SO estiver em execução no SoM.
Conclusão
O padrão Matter foi desenvolvido para abordar os desafios de interoperabilidade enfrentados por designers e consumidores com diferentes protocolos de RF em casas inteligentes. O Matter permite uma comunicação perfeita entre dispositivos que usam diferentes protocolos sem fio, oferecendo mais flexibilidade e opções para projetistas e consumidores. A integração do Matter com um processador embarcado habilitado para Linux, como o presente no SoM1 SAMA5D27, pode beneficiar a criação de uma solução de roteador de fronteira IoT para casas inteligentes. A adoção de uma abordagem baseada em SoM minimiza o risco técnico, aumenta o TRL, economiza tempo e esforço de desenvolvimento e oferece benefícios de marketing, como entrada antecipada no mercado, aumento da participação de mercado e potencialmente maiores lucros.
Artigo escrito por Adam Taylor e publicado no blog da Mouser Electronics: Matter and SoM Integration: A Game Changer for the Smart Home
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
