Comment les SoC rendent-ils un appareil intelligent ?

Posted By : Alice Matthews
Comment les SoC rendent-ils un appareil intelligent ?

Pour rendre un appareil « bête » intelligent, le développeur doit miser sur des passerelles approuvées, le chiffrement E2E, des private et public keys, des protocoles et profils radio et l’ordonnance RED. Mais il existe aussi des solutions sur puce IdO qui tiennent compte de tous ces aspects. Dans l’aperçu, vous saurez s'ils tiennent vraiment leurs promesses et les dangers qui vous guettent.

Auteur : Bernd Hantsche, Marketing Director Embedded & Wireless chez Rutronik

L’entrée de gamme : systèmes M0 Core
Un petit cœur ARM Cortex M0 ou M0+ suffit pour de nombreuses applications. Il permet de transférer des données mesurées dans le cloud pour en tirer des conclusions sur l’usure et le comportement d’utilisation et procéder à un réglage à distance. Avec les mises à jour Over the Air, il est possible de mettre à jour les microprogrammes, piles radio et codes d’application pour réagir à de nouvelles lois, des bogues ou des menaces de sécurité, et ce également dans le secteur après-vente.

Le smartphone est souvent le premier point de contact avec l’internet. Dans ce cas, l’interface Bluetooth Low Energy (BLE) efficace en énergie est utile. Les One-Chip Wonder suivants sont appréciés pour cet usage :

Nordic Semiconductor propose le leader sur le marché des liaisons BLE avec son nRF51822. La famille de produits est disponible en versions 16 ou 32 ko RAM, avec des mémoires Flash 128 ou 256 ko et un boîtier QFN ou WLCSP. Le matériel est conçu pour consommer peu d’énergie et est complété par les piles Bluetooth de l’entreprise, ainsi que de nombreux SDK spécifiques et un service d’assistance très compétent. La réussite de cette famille de CI et leur offre étendue de logiciels ont également attiré l’attention des fabricants de modules :

Avec ses modules basés sur le nRF51822, Fujitsu s’adresse plutôt aux clients avec des ambitions de production élevées.

Avec le nRF51422, Dynastream utilise la grande sœur du nRF51822. Ainsi les modules de la famille N5 prennent également en charge les SoftDevices S210 et S310. Alors que le protocole S210 est une pile purement ANT, le S310 représente la variante multiprotocole correspondante pour l’utilisation simultanée d’ANT et de BLE. Ce système est utile pour relier un réseau maillé ANT économe en énergie avec un iPhone Apple qui ne prend pas l’ANT en charge.

Outre les variantes nues du nRF51822, RF Digital propose également la famille RFduino. Sur cette série, le SoftDevice S110 est préinstallé et une couche logicielle est configurée par-dessus pour simplifier la commande de BLE et des GPIO. Quelques lignes de code suffisent à réaliser des actionneurs ou des capteurs. Ce qui s’applique à toutes les applications BLE : il faut programmer des applis personnalisées pour les différents systèmes d’exploitation des smartphones. Ce n’est pas le cas pour le module nRF51822 SIMBLEE : l’application correspondante n’est programmée qu’une seule fois et enregistrée dans le module radio. Depuis les Stores des smartphones, on installe seulement l’appli SIMBLEE qui importe les contenus réels du module.

Le dernier représentant sur la LineCard de Rutronik est l’InsightSiP et ses solutions System-on-Module basées sur le nRF51822. Avec seulement 8x8mm dans le boîtier LGA, les modules ISP1302 disposent même d'une antenne intégrée.

Sur les dernières versions des CI TC35678 et TC35679 de Toshiba, l’attention est axée sur une variante Ultra Low Power. À une tension de service de 3 V, elles consomment seulement 3,6 mA en mode TX et 3,3 mA en mode RX.

Microchip/Atmel lance son SAM B11 avec 128 ko de RAM et 256 ko de Flash dans la course.

Avec un core 16 bits interne, cadencé à 32 MHz et permettant d’atteindre 41 DMIPS, Renesas joue dans la même catégorie avec sa famille RL78/G1D. Quatre variantes sont disponibles : SoC de 128 ko, 192 ko et 256 ko de mémoire Flash et un SoM basé sur des CI Flash de 256 ko.

Pour les plus exigeants : systèmes M4 Core
Avec un EEMBC CoreMark de 215 ou 65 CoreMark/mA ou encore 3,36 CoreMark/MHz, le nRF52832 est probablement le SoC BLE le plus efficace sur le marché. Dans un boîtier 6x6 mm 48 broches QFN ou un package 3,2x3,0 mm WLCSP, il est proposé en version facile à modifier ou très compacte. Avec une tension d’alimentation conviviale pour la batterie à partir de 1,7 V et une puissance d’émission réglable entre +4 dBm et -20 dBm, il convient pour de grandes portées ainsi que pour des applications critiques en termes de sécurité, nécessitant une portée peu élevée.

Le nRF52832 est de plus en plus souvent utilisé pour les produits pour lesquels un nRF51822 suffirait. Les arguments en sa faveur sont notamment le filtre de balun intégré ou encore l’émetteur-récepteur NFC embarqué pour un appairage rapide de la connexion Bluetooth. Sur les composants externes, il suffit de seulement onze composants passifs et d'un quartz de 32 MHz !

Outre le SoC, il existe également des variantes SoM. Elles sont précertifiées, généralement pour l’Europe, l’Amérique et le Canada. La série Dynastream D52 sur la base du nRF52832 offre également des certifications pour le Japon, l’Australie, la Nouvelle-Zélande et la Corée. Bien que les deux quartz et une antenne imprimée soient intégrés, le module ne mesure que 14x9,8 mm. Ceux qui peuvent consacrer un espace de 20x20 mm sur leur PCB choisiront la variante avec 30 GPIO ou un capteur d’accélération sur 3 axes intégré.

Telit et Fujitsu construisent aussi des modules basés sur le nRF52832. Comme sur ses séries cellulaires, Telit mise sur un concept de famille pour ses modules Bluetooth : ainsi le nouveau BlueMod+S42 de 10x17 mm est compatible en forme et en broches avec les modèles plus anciens BlueMod+S et BlueMod+SR, tout en étant doté des mêmes interfaces logicielles. Le FWM7BLZ20 de Fujitsu, avec ses 15,7x9,8 mm et une consommation de 5,4 mA, n’est pas seulement compact, mais est également un module Ultra Low Power.

Le module ISP1507 d’InsightSiP se démarque avec une antenne intégrée et un encombrement de 8 x 8 mm.

Redpine Signals mise également sur un Core ARM M4, mais prend une autre voie en ce qui concerne la connectivité : outre le BLE, la famille WiSeMCU prend également en charge l’EDR Bluetooth classique, ZigBee et le WiFi Dual Band. Tous les protocoles et profils d’application des différents standards radio sont déjà intégrés, de sorte que la mémoire de 128 ko SRAM et 1 Mo Flash est généreusement dimensionnée. Si le RS10003-NBZ-D0M, ses 21 x 15 mm et tous ses périphériques vous semblent trop grands, vous choisirez une variante plus abordable : le RS100002-NBZ-S0M sans prise en charge 5 GHz, mais avec 104 ko SRAM, 512 ko Flash et 14 x 15 mm. Sur les deux versions, on renonce à ZigBee, au WiFi ou au Bluetooth 4.0DM. Ainsi, elles sont moins chères et ceci profite également à la mémoire disponible.

Le segment professionnel : systèmes Atom Core
Intel présente de plus en plus d’avantages dans l’utilisation de son architecture de cœur x86. Les ordres connus de l’époque Pentium et éprouvés sont désormais aussi utilisés sur de petits microcontrôleurs jusqu’à la famille Quark. Avec son Joule, Intel vient de sortir le grand jeu et présente un SoM basé sur un cœur nucléaire cadencé à 1,5 GHz et 1,7 GHz. Avec jusqu’à 8 gigaoctets (!) de RAM et 16 Go de mémoire Flash, le WiFi, le BLE, le HDMI, l’USB 3.0 et une distribution Linux préinstallée, le module compact de 24 x 48 mm dispose de suffisamment de puissance pour la modélisation 3D en temps réel, le tracking de personnes, l’interaction avec l’humain et les tâches de reconnaissance d'objet. Grâce à l’intégration du WiFi et du Bluetooth, la connectivité est présente, mais la puissance de calcul locale peut réduire considérablement la circulation de données dans le cloud pour de nombreuses applications. Joule convient même pour la construction de drones, de robots, de lunettes de réalité virtuelle, de gants de données ou de passerelles intelligentes.

Pour les individualistes : Multi-Chip Do It Yourself
Tous les SoC et SoM ont une chose en commun : ils ne sont jamais parfaits. Il y a toujours un élément de trop, qu’il s’agisse d'un périphérique, de ressources de calcul, de certifications ou de logiciels en mémoire. Le client paie donc pour des prestations dont il n’a pas besoin. Une solution techniquement parfaite est toujours réalisée sur mesure, ce qui s’applique aussi bien au matériel qu’aux protocoles radio. Sur un matériel, on peut accepter le poids mort pour économiser les coûts des certifications et du temps avant le lancement sur le marché. Dans le cas de la fabrication Do-it-yourself radicale d’un design haute fréquence, il faudrait 100 ans voire plus, ce qui n’est pas réalisable aujourd’hui pour une entreprise.

Chapeau bas pour les SoC et SoM
Les SoC et SoM modernes permettent de réaliser d’énormes économies et permettent aux développeurs de se concentrer pleinement sur les tâches spécifiques à chaque application. Au fil de la croissance du marché des solutions Single Chip, l’évolutivité de la sélection des composants s’améliore également. Le meilleur composant dépend des tâches individuelles, raison pour laquelle il est difficile de faire des préconisations générales. En revanche, nous vous conseillons dans tous les cas un entretien avec un expert du Wireless Competence Center.

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