L'Internet des objets (IoT) a redéfini la manière dont nous interagissons avec nos appareils, le monde et même nos maisons. Aujourd'hui, la maison connectée moderne comprend très probablement de nombreux appareils intelligents, tels que des éclairages, des panneaux de commande, des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) et de sécurité, chacun provenant sans doute d'un fabricant différent. Alors que l'IoT est devenu de plus en plus répandu, une multitude de normes de connectivité se sont activement disputées une part du secteur de la maison connectée. Bluetooth® basse consommation, Wi-Fi® et Thread sont devenus les principaux choix des différents fabricants. Les protocoles RF les plus courants n'étant pas interopérables, des difficultés sont apparues lors de la conception d'une solution domotique transparente et interconnectée.
Pour surmonter les problèmes d'interopérabilité auxquels les concepteurs et les consommateurs étaient confrontés avec les protocoles RF concurrents, l'industrie technologique s'est regroupée pour élaborer la norme Matter par l'intermédiaire de la Connectivity Standards Alliance. Matter fonctionne avec les technologies domotiques existantes, telles que les protocoles Thread, Wi-Fi et Ethernet filaire, en ajoutant une couche d'application unificatrice aux piles de protocoles, ce qui permet aux appareils connectés de communiquer les uns avec les autres de manière sûre et fiable.
La norme Matter permet une interface plus transparente entre les appareils utilisant différents protocoles sans fil RF et offre plus de flexibilité et de choix aux concepteurs et aux consommateurs.
Le routeur est un élément clé de toute maison connectée. Les routeurs permettent l'accès à Internet et facilitent la communication entre les appareils sur différents réseaux, en les connectant sans fil par Wi-Fi ou Ethernet câblé.
Ce blog décrit comment les concepteurs peuvent incorporer Matter dans un projet domotique innovant pour créer un routeur périphérique IoT à l'aide du kit d'évaluation SAMA5D27 de Microchip Technology. Le kit est composé d'une carte de base SAMA5D27, d'un système sur module SoM1 SAMA5D27 soudé sur la carte de base, et d'un système en boîtier (SIP) SAMA5D27 soudé sur le SoM. Nous écrirons également une image de distribution Linux sur le SoM pour compléter la conception.
Mais tout d'abord, explorons le kit d'évaluation SAMA5D27 pour comprendre ce qu'est un SoM et quels sont ses avantages pour l'intégration de Matter dans une solution domotique basée sur un SoM.
L'intégration de Matter à un processeur intégré compatible Linux, tel que le SoM SAMA5D27, peut s'avérer bénéfique lors de la création d'une solution domotique. L'utilisation de Matter et d'approches basées sur un SoM est de plus en plus fréquente dans les routeurs périphériques, qui servent de passerelle entre l'Internet externe et le réseau domotique, permettant l'intégration d'appareils grâce à la technologie sans fil Bluetooth® et la mise en œuvre de couches de sécurité pour assurer la protection du réseau interne.
Le kit d'évaluation SAMA5D27 offre un processeur Arm® Cortex®-A5 32 bits qui fonctionne jusqu'à 500 MHz. Le processeur est monté sur le SOM1 SAMA5D27 (Figure 1), qui associe le processeur A5 à divers périphériques comprenant :
Le SoM est un concept intéressant et en pleine expansion qui permet de réduire les délais et les risques de développement. Dans sa forme la plus élémentaire, un SoM est un circuit au niveau de la carte qui intègre une fonction système spécifique dans un module unique qui comprend l'alimentation, l'horloge et les mémoires volatiles et non volatiles, tout en séparant les lignes d'E/S pour pouvoir connecter le SoM à la carte porteuse spécifique à l'application.
Le SoM devient le cœur du système autour duquel s'articule le reste de la solution. Une option basée sur un SoM correctement conçue fournit au développeur une variété de solutions.
Le principal avantage de l'utilisation d'une solution basée sur un SoM est que les développeurs peuvent réduire les risques techniques et augmenter le niveau de maturité technologique (NMT, en anglais TRL pour technology readiness level) de la solution dès le début du développement. Le NMT permet aux équipes de projet d'évaluer si elles sont prêtes pour le déploiement en mesurant la maturité des composants technologiques de leur système sur une échelle de 1 à 9, 9 étant la technologie la plus mature et présentant le moins de risque.
L'utilisation d'un SoM fournit aux développeurs une solution qui correspond au NMT 5 (TRL 5). Le fabricant du SoM a conçu, testé et homologué le SoM avant de le commercialiser. Cela permet au développeur de se concentrer sur la conception de la carte porteuse contenant des activités à valeur ajoutée.
Outre les éléments matériels physiques, le fabricant du SoM fournit également d'autres outils pour faciliter le développement. Il s'agit notamment d'un système d'exploitation Linux intégré, de schémas et de guides d'utilisation décrivant comment intégrer le SoM dans une carte porteuse, ainsi que d'exemples de projets et de conceptions pouvant être utilisés pour le développement.
De plus, l'utilisation d'un SoM prêt à l'emploi peut réduire de manière significative le temps de développement d'un projet puisque les développeurs peuvent commencer à travailler avec le SoM dès le début. Cela permet d'augmenter le NMT des circuits d'application, ce qui se traduit par une réduction du coût total de l'ingénierie. Par ailleurs, l'effort logiciel est moindre puisque le SoM fournit une conception éprouvée.
L'utilisation d'approches basées sur Matter et sur un SoM présente également plusieurs avantages sur le plan marketing : elle permet notamment aux développeurs d'être les premiers à commercialiser la solution, d'obtenir une plus grande part de marché et de réaliser davantage de bénéfices. Les développeurs peuvent également commencer à planifier la prochaine génération de produits, ainsi que des mises à niveau potentielles sur le terrain pour les unités déjà déployées.
Microchip Technology propose un kit d'évaluation pour évaluer et démarrer le développement à l'aide du SoM1 SAMA5D27, qui monte le SoM1 sur une carte de base contenant plusieurs périphériques qui permettent aux développeurs de présenter les capacités du SoM1. Ces périphériques incluent :
Le débogage est assuré par un débogueur J-Link embarqué qui se connecte via USB. Ces périphériques permettent au développeur de créer un prototype et d'atténuer les risques liés au développement d'applications.
Bien entendu, pour tirer le meilleur parti du matériel, nous devons nous appuyer sur un système d'exploitation (OS), en l'occurrence Linux. En utilisant l'une des distributions Linux les plus populaires, comme Ubuntu ou OpenThread, il est facile de compiler et de déployer le système d'exploitation choisi sur le SoM1.
La première étape consiste à utiliser une machine Linux ou une machine virtuelle, sur laquelle pourra être cloné le code source requis suivant :
Cela permettra de créer le noyau Ubuntu et les chargeurs d'amorçage. Nous devons également inclure un système de fichiers Linux - communément appelé rootfs - et une arborescence de périphériques qui décrit la configuration du processeur et des périphériques sur le SoM1 et la carte de développement incluse dans l'image du système d'exploitation.
Grâce aux artefacts de conception et au rootfs, nous pouvons écrire l'image sur une carte SD partitionnée. Une fois l'image sur la carte SD, elle peut être utilisée pour démarrer le SoM1 et le démarrage de la distribution Linux Ubuntu permettra la connexion. Une fois connecté, l'utilisateur peut commencer à développer l'application cible, qu'il s'agisse d'un simple « hello world » (programme simple écrit pour faire la démonstration rapide de son exécution sans erreur) ou d'un routeur frontière IoT complexe, tel qu'il est utilisé dans les applications domotiques, à l'aide de frameworks tels que Matter.
Une fois que le système d'exploitation a été personnalisé et déployé sur le SoM, l'équipe de développement peut alors créer l'application. L'intégration des dispositifs utilise la technologie sans fil Bluetooth®, ce qui signifie que le Wi-Fi et l'Ethernet peuvent être utilisés pour les applications à haut débit, tandis que Thread, en tant que réseau maillé, peut l'être pour les communications à faible débit. La source de Matter est disponible sur GitHub, ce qui permet aux développeurs de solutions domotiques de commencer à développer une fois que le système d'exploitation fonctionne sur le SoM.
La norme Matter a été élaborée pour résoudre les problèmes d'interopérabilité rencontrés par les concepteurs et les consommateurs avec différents protocoles RF dans les maisons connectées. Matter permet une communication transparente entre les appareils utilisant différents protocoles sans fil, en offrant plus de souplesse et de choix aux concepteurs et aux consommateurs. L'intégration de Matter à un processeur intégré compatible avec Linux, tel que celui du SoM1 SAMA5D27, peut favoriser la création d'une solution de routeur périphérique IoT pour la maison connectée. L'adoption d'une approche basée sur un SoM permet de réduire les risques techniques, d'augmenter le NMT, de gagner du temps et d'épargner des efforts de développement, ainsi que d'obtenir des avantages marketing tels qu'une commercialisation rapide, une augmentation des parts de marché et des bénéfices potentiellement plus élevés.