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La tendance dans l'IIoT d'aujourd'hui est de faire plus avec moins, en intégrant plus de fonctionnalités dans un seul SoC plutôt que d'utiliser plusieurs dispositifs distincts. En plus de limiter les risques, ces dispositifs tout-en-un présentent l'avantage d'être plus petits et de disposer d'un nombre de pièces restreint. En intégrant une connectivité Wi-Fi à un processeur et au GPIO, le microcontrôleur avec Wi-Fi intégré en est l'exemple même.

Choisir le meilleur microcontrôleur avec Wi-Fi intégré constitue un véritable défi. En effet, pour que le projet fonctionne, il doit offrir une connectivité Wi-Fi robuste et un microcontrôleur haute performance. Le microcontrôleur constituant le cœur du système, il est fondamental de choisir le bon modèle, sans quoi vous pourriez être contraint d'entreprendre d'importants changements sur le logiciel à un stade ultérieur du projet. 

Le rôle fondamental du CAN

Bien que la conversion analogique-numérique compte parmi les premières étapes de la chaîne de signaux, elle est également l'une des plus sous-estimées lors de la spécification d'un microcontrôleur avec Wi-Fi intégré. Le convertisseur analogique-numérique (CAN) étant essentiel à la performance de l'ensemble du système, il est fondamental de comprendre ses indicateurs clés.

Bien souvent, les concepteurs s'intéressent au nombre de bits du CAN, alors que le nombre effectif de bits (ENOB) que le CAN peut utiliser pour réaliser la conversion est bien plus important. Ce critère est important dans la mesure que le SoC représentera le signal d'entrée avec un degré de précision qui dépendra du nombre de bits disponibles pour réaliser la conversion. Plus celui-ci est faible, moins le signal d'entrée sera précis.

Les CAN peuvent également introduire des erreurs dans des domaines tels que la quantification et le comptage et peuvent aussi être affectés par des variations de températures importantes (voir la figure 1). Il est important d'obtenir des informations du fabricant sur le nombre effectif de bits du microcontrôleur avec Wi-Fi intégré, ses performances sur une vaste plage de températures, sa linéarité et sa précision.

Figure 1. Les CAN de mauvaise qualité sont peu précis et présentent une mauvaise linéarité. Ils sont sensibles à l'environnement et à la température.

La prise en charge des périphériques

Tous les microcontrôleurs avec Wi-Fi intégré prennent en charge au moins quelques normes d'interface, mais les ingénieurs ne devraient pas pour autant s'imaginer pouvoir utiliser le même microcontrôleur avec Wi-Fi intégré dans une autre conception. Pour répondre aux besoins changeants des processus de production industrielle, le microcontrôleur avec Wi-Fi intégré doit avoir suffisamment de ports GPIO pour accueillir plus aisément davantage de relais, de commutateurs et d'autres composants. Cela signifie que le dispositif doit prendre en charge Ethernet MAC, USB, CAN, CAN-FD, SPI, I²C, SQI, UART, et JTAG.

La meilleure sécurité vient de l'intérieur

Face à l'augmentation des cyberattaques, la sécurité est fondamentale pour les applications de l'IoT. La première barrière protectrice est le propre moteur de chiffrement intégré du microcontrôleur. Ses chiffres devraient inclure le cryptage AES avec une taille de clé allant jusqu'à 256 bits, un chiffrement avec DES et TDES, et l'authentification doit inclure les hachages SHA-1 et SHA-256, et l'authentification MD-5.

Les concepteurs se heurtent à un défi de taille en mettant à disposition leurs produits pour un service cloud, compte tenu que chaque fournisseur de service cloud a ses propres certifications et clés. Heureusement, certains fabricants, dont Microchip Technology, facilitent ce processus en faisant gagner plusieurs semaines sur le processus de conception, tout en répondant à l'ensemble des exigences de sécurité et d'approvisionnement.

Au lieu de stocker les identifiants dans une carte mémoire flash vulnérable, il est préférable de se tourner vers un élément de sécurité codé en dur ne pouvant pas être lu par un logiciel externe. Les microcontrôleurs avec Wi-Fi intégré de Microchip, tels que le WFI32 (figure 2), utilisent cette approche dans la plateforme Trust&GO de la société.

Figure 2. Le module Wi-Fi WFI32 isole les identifiants en les stockant dans le matériel de manière à les rendre pratiquement invulnérables au piratage.

La plateforme Trust&GO nécessite seulement un kit de développement peu coûteux de Microchip que le concepteur utilise pour créer le fichier manifeste requis. Une fois que le code C de l'élément de sécurité fonctionne, la conception est prête pour la production.

Les appareils doivent également disposer d'une solution de sécurisation de réseau Wi-Fi de dernière génération et certifiée par la Wi-Fi Alliance. La dernière version du WPA3 apporte de nouvelles caractéristiques, permettant de simplifier la sécurisation Wi-Fi, de rendre l'authentification plus robuste, d'offrir des fonctionnalités cryptographiques plus avancées et de préserver une résilience réseau.

Un microcontrôleur avec Wi-Fi intégré doit également pouvoir communiquer avec les points d'accès les plus populaires et doit par conséquent avoir réussi des essais d'interopérabilité. Le fabricant doit être en mesure de le prouver.

Une aide précieuse

En tant que concepteur, vous avez besoin de l'appui du fabricant du microcontrôleur avec Wi-Fi intégré. Certains ne fourniront que des informations basiques mais pour que votre solution passe du stade du développement au stade de production, vous aurez besoin d'une plateforme d'environnement de développement intégré (IDE) complète.

Tel qu'illustré dans la figure 3, celle-ci doit inclure toute fonction analogique et numérique réalisée par le microcontrôleur avec Wi-Fi intégré, ainsi que tous les composants externes nécessaires aux applications particulières. Idéalement, l'IDE vous montrera comment les changements de conception impacteront la performance RF et la conformité aux exigences réglementaires.

Figure 3. Un développement intégré comme celui-ci réduit les risques en fournissant au concepteur des outils de débogage et autres, allant du prototypage au produit fini.

Récapitulatif

Avec l'IoT, la puissance de traitement se déplace de plus en plus en périphérie du réseau, grâce notamment aux microcontrôleurs avec Wi-Fi, qui intègrent plusieurs fonctionnalités dans un seul dispositif.

L'intégration de tels dispositifs dans un sous-système de l'IoT peut être simple, à condition que le fabricant du microcontrôleur avec Wi-Fi intégré fournisse les ressources essentielles, autrement dit un haut niveau de sécurité, un moyen simple de provisionnement pour répondre aux besoins des fournisseurs de service cloud, et un IDE qui facilite le passage du prototype à la production.