モノのインターネット (IoT) デバイスの開発は絶えず進歩していますが、デバイス間の接続は設計者にとって依然として永続的な課題です。 10 年前、初期の IoT ユーザーが簡単に接続できるデバイスを設計するのは困難でした。現在、IoT デバイスは、すぐに使用できるシームレスな接続を必要とするだけでなく、バッテリー寿命を延長しながら、異種ネットワーク全体で安全な接続を確保する必要があります。競争の圧力に迅速に対応する必要がある開発者にとって、納期の短縮は IoT 設計をさらに複雑化します。したがって、低電力ワイヤレス システム オン チップ (SoC) デバイスの包括的なエコシステムに適応できる機能豊富な開発キットを見つけることが非常に重要になります。 Nordic Semiconductor が提供するこのタイプの開発キットは、すべての要件を満たすことができます。
NordicのnRF54L15は、nRF54L15-DK評価ボード（図1）をベースにした開発キットで、NordicのnRF54Lシリーズ無線SoC（nRF54L15を含む）を使用してIoT設計を加速するように設計されています。この開発キットは、nRF54L10 および nRF54L05 デバイスをシミュレートすることもできます。このキットには、完全なハードウェア設計ファイルに加えて、Nordic の nRF54L15 ワイヤレス SoC、8 MB 外部フラッシュ メモリ、電源管理 IC、2.4 GHz および近距離無線通信 (NFC) アンテナを備えた完全なワイヤレス開発プラットフォームを提供する回路基板も含まれています。
図1: nRF54L15-DK開発ボードは、nRF54L15ワイヤレスSoC、フラッシュメモリ、電源管理IC、コネクタを統合し、安全なマルチプロトコルIoTデバイスの迅速な展開をサポートする包括的なハードウェアプラットフォームを形成します。 (画像出典: Nordic Semiconductor)
この開発ボードには、一連のデバッグ コネクタと電力解析コネクタに加えて、発光ダイオード (LED) やソフトウェアのデバッグおよび実行中の手動操作用のボタンなど、複数のユーザー インターフェイス コンポーネントも提供されます。 3 セットのコネクタが SoC の汎用入出力 (GPIO) ポートに接続されており、バッテリー駆動の IoT アプリケーション専用に構築されたワイヤレス SoC を完全に制御できます。
低電力IoTアプリケーション向けに特別に設計
Nordic の nRF54L ワイヤレス SoC シリーズは、Nordic の第 4 世代低電力 Bluetooth (BLE) SoC の 1 つです。 Nordic の技術力は、機能とパフォーマンスの包括的な組み合わせに完全に反映されており、これはまさにマルチプロトコル接続とバッテリー寿命の延長ソリューションを設計する際に必要なものです。 nRF54L シリーズのすべての製品は同じアーキテクチャを採用していますが、違いは不揮発性メモリ (NVM) とランダム アクセス メモリ (RAM) のサイズであり、nRF54L15 の最大容量はそれぞれ 1.5 MB と 256 KB です。
このアーキテクチャは、Arm Cortex-M33 メイン コアと Nordic が自社開発した RISC-V コプロセッサを含む 2 つのプロセッサ (図 2) 上に構築されています。 Arm Cortex-M33 プロセッサがアプリケーションを処理しているときは、タイムクリティカルなタスクを RISC-V コアに引き渡し、アーキテクチャの I/O、タイマー、ペリフェラルに低レイテンシの処理を提供します。
図 2: nRF54L ワイヤレス SoC は、Arm Cortex-M33、RISC-V コプロセッサ、マルチプロトコル トランシーバー、およびさまざまなペリフェラルを統合しています。 (画像出典: Nordic Semiconductor)
nRF54L アーキテクチャは、より安全な IoT デバイスに対する人々の継続的な懸念を解消し、Arm TrustZone、改ざん防止、暗号化アクセラレーション、認証済みデバッグ、安全なキー ストレージ、トラスト ルートを確立するための不変ブート ゾーンなど、複数の重要なセキュリティ強化を実装します。これらの機能を総合すると、安全なワイヤレス アップデート、安全なブート、信頼できるアプリケーションの安全な実行に必要な基盤が提供されます。
無線通信の場合、Arm Cortex-M33 プロセッサはマルチプロトコル無線スタックの実行を処理します。このプロセッサは、統合された低電力マルチ プロトコル 2.4 GHz トランシーバと組み合わせて使用すると、8 デシベル (1 ミリワット (dBm) 送信電力に基づく) および -96 dBm の受信感度を提供できます。
スタック リソースとハードウェア機能の相乗効果により、Bluetooth 6.0、BLE、Zigbee、Thread、Matter、Amazon Sidewalk、独自の 2.4 GHz プロトコルなど、さまざまな主要な接続テクノロジと IoT プロトコルを最大 4 メガビット/秒 (Mb/s) の速度でサポートする設計が保証されます。 IoT デバイスが Wi Fi との共存をサポートする必要がある場合、Arm Cortex-M33 プロセッサは Nordic nRF70 シリーズ Wi Fi コンパニオン チップの Wi Fi スタックを実行します。このチップは、nRF54L シリーズなどの Nordic nRF シリーズ SoC に簡単に接続できます。
nRF54L ワイヤレス SoC は、BLE Core 6.0 の要件を完全に満たし、Bluetooth チャネル検出などの機能を備えています。チャネル検出テクノロジーは、革新的な精度と安全な測距機能を実現し、新世代の電子タグ、スマート ドア ロック、家電製品、資産追跡システムのニーズを満たすことができます。
ソフトウェア リソースが IoT ソフトウェア設計を加速します
nRF54L15-DK 開発キットは、nRF54L ベースのデバイスを開発するための既製のハードウェア プラットフォームを提供し、Nordic nRF Connect ソフトウェア開発キット (SDK) (図 3) は、IoT ソフトウェア アプリケーションを迅速に構築するための包括的なソフトウェア基盤を提供します。 SDK は、リソースに制約のあるデバイス向けに最適化された専用ルーチンから、複雑なアプリケーション向けに構築されたソフトウェア パッケージに至るまで、さまざまなソフトウェアを作成するための拡張可能なフレームワークを提供します。
図 3: nRF Connect SDK は、複雑な IoT アプリケーションの開発を加速する包括的なソフトウェア スタックを提供します。 (画像出典: Nordic Semiconductor)
nRF Connect SDK コードは、オープンソースの MCUBoot セキュア ブート ローダーとオープンソースの Zephyr リアルタイム オペレーティング システム (RTOS) を組み合わせ、メモリが制限されたシステムから大規模なメモリ構成までの拡張性を可能にします。これらの組み合わせに基づいて、Nordic の nrf および nrfxlib ソフトウェア パッケージは、BLE、Bluetooth メッシュ ネットワーク、Wi Fi、Matter、Thread/Zigbee に必要な接続プロトコル スタックを提供します。ミドルウェア ライブラリは、ハードウェア ドライバー、安全なファームウェア、および Constrained Application Protocol (CoAP) や Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) などの接続プロトコルのサポートを提供します。
Nordic が提供する nRF Connect SDK リポジトリには、多数のサンプル アプリケーションが含まれており、アプリケーションのソース コードを簡単に迅速に構築できます。 nRF Connect SDK を使用してコード リポジトリを構築した後、Nordic 環境では、構成ファイル (*.conf) とデバイス ツリー ファイル (*.dts) を使用して、さまざまなハードウェア構成上の異なるアプリケーションにソース コードを簡単に再配置できます (図 4)。