【導(dǎo)讀】連接標準聯(lián)盟(CSA)是一個由 550 家消費設(shè)備制造商和芯片公司組成的聯(lián)盟,它定義了 Matter 標準,其愿景是讓智能家居設(shè)備的控制變得簡單、可靠和安全:用戶首選的應(yīng)用程序,例如亞馬遜的 Alexa、Google Home 或蘋果的 Siri,將能夠控制家中的任何經(jīng)過 Matter 認證的設(shè)備,無論哪個品牌制造。
連接標準聯(lián)盟(CSA)是一個由 550 家消費設(shè)備制造商和芯片公司組成的聯(lián)盟,它定義了 Matter 標準,其愿景是讓智能家居設(shè)備的控制變得簡單、可靠和安全:用戶首選的應(yīng)用程序,例如亞馬遜的 Alexa、Google Home 或蘋果的 Siri,將能夠控制家中的任何經(jīng)過 Matter 認證的設(shè)備,無論哪個品牌制造。Matter 協(xié)議將支持各種常見的智能家居產(chǎn)品,包括照明和電氣設(shè)備、暖通空調(diào)控制、窗簾和遮陽簾、安防傳感器、門鎖、包括電視在內(nèi)的媒體設(shè)備、既是設(shè)備又是應(yīng)用的控制器,以及橋接器,如圖 1 所示。據(jù) CSA 的說法,將新設(shè)備接入 Matter 網(wǎng)絡(luò)將像掃描聯(lián)網(wǎng)智能手機上的二維碼或輕觸手機建立NFC連接一樣簡單。
正如 CSA 網(wǎng)站所說,“Matter 是智能設(shè)備可靠協(xié)作的認證標志,消除了購買過程中的不確定性。這種信任讓您可以從更廣泛的您喜愛的品牌中進行選擇,并為您帶來安全、無縫的智能家居體驗?!?/p>
圖 1:帶有 Matter 標志的設(shè)備可以相互通信。
CSA Matter 計劃得到了消費電子行業(yè)巨頭的支持,包括蘋果、三星、谷歌、亞馬遜、Signify、LG、華為和 Oppo:似乎不太可能出現(xiàn)任何競爭對手來與其競爭。因此,家居自動化產(chǎn)品設(shè)計者很可能很快就會被要求將 Matter 技術(shù)應(yīng)用到新產(chǎn)品設(shè)計中。設(shè)計者可能還需要在現(xiàn)有產(chǎn)品上增加Matter支持。
在啟動 Matter 設(shè)計項目之前,工程師可以從富昌電子的早期經(jīng)驗中學(xué)習(xí)。這家位于波蘭格但斯克的嵌入式工程卓越中心(CoE)與芯片公司意法半導(dǎo)體和恩智浦半導(dǎo)體緊密合作,為照明行業(yè)的客戶開發(fā)了符合 Matter 標準的原型和量產(chǎn)設(shè)計。CoE 的經(jīng)驗表明,雖然 Matter 協(xié)議在很大程度上實現(xiàn)了為開發(fā)人員提供即插即用技術(shù)的承諾,但仍有一些重要的硬件和軟件因素需要考慮。
Matter 協(xié)議的基本特征
據(jù) CSA 的說法,Matter 協(xié)議是“統(tǒng)一的、開源的、應(yīng)用層連接標準”,如圖 2 所示。這意味著它依賴于傳輸數(shù)據(jù)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò),同時又獨立于這些網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)設(shè)計,Matter 協(xié)議與 Thread、Wi-Fi? 和以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)兼容??梢允褂玫凸乃{牙? 連接將終端設(shè)備與 Thread 或 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)配對,但不能用于傳輸 Matter 數(shù)據(jù)。
該標準使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版(IPv6)作為 Matter 設(shè)備的通用語言。
圖 2:Matter 技術(shù)的架構(gòu),顯示它作為獨立于物理傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層運行。
Matter 規(guī)范詳細說明了實現(xiàn) Matter 應(yīng)用和傳輸層堆棧所需的一切。Matter 項目的源代碼可從 CSA 的GitHub 頁面 github.com/project-chip 下載。
Matter 開發(fā)項目的目標是創(chuàng)建一種可廣泛部署在各種智能家居設(shè)備上的協(xié)議,不僅是那些具有強大計算能力的設(shè)備,如 Wi-Fi 路由器或智能電視,還包括智能燈泡、門鈴和燈開關(guān)等通?;谖⒖刂破鞯漠a(chǎn)品。
正如 Matter GitHub 頁面所述,“這些協(xié)議通過利用IP技術(shù)并能夠在低能力設(shè)備上實現(xiàn),具有廣泛的可部署性和可訪問性?!盡atter 規(guī)范還支持 Linux? 操作系統(tǒng)(適用于具有更高計算能力的設(shè)備)和 FreeRTOS 操作系統(tǒng)(適用于資源受限的設(shè)備)。
SoC制造商對Matter支持的現(xiàn)狀
Matter 技術(shù)的許多實現(xiàn)將在微控制器環(huán)境中進行。理論上,OEM 可以選擇將 Matter 軟件移植到任何選擇的片上系統(tǒng) (SoC),因為該協(xié)議旨在與硬件無關(guān),盡管該規(guī)范要求無線更新能(OTA)力,而這本身需要外部閃存。
但截至 2024 年初,一些 MCU 制造商為 Matter 技術(shù)提供了廣泛的支持;其他則根本不支持。
為什么這很重要?從理論上講,畢竟,設(shè)計人員能夠從 github.com/project-chip 下載 Matter 源代碼到他們的目標硬件,協(xié)議軟件的核心可以進行優(yōu)化,以適應(yīng)幾乎任何具有至少 500 KB 可用存儲容量的 MCU。
實際上,對于任何不是 Matter 專家的工程師來說,這都是非常困難的。更好的方法是使用該 MCU 制造商為任何給定 MCU 編譯的 Matter 軟件開發(fā)套件(SDK)。但這樣一來,設(shè)計人員就會遇到 Matter 兼容 MCU 稀缺的問題。一家迅速采取行動,將 Matter 兼容性構(gòu)建到其 MCU 產(chǎn)品中的制造商是意法半導(dǎo)體。
ST的 SDK 通過其 X-CUBE-Matter 軟件開發(fā)套件為 32 位 MCU 環(huán)境提供了優(yōu)化和簡化的 Matter 協(xié)議實現(xiàn)。ST 也在快速推進工作,以在整個 STM32 生態(tài)系統(tǒng)中建立對 Matter 的支持。例如,設(shè)計實施需要對設(shè)備進行詳細描述。這可以使用 Zigbee Cluster Library (ZCL) Advanced Platform (ZAP) 工具來完成。CSA 是 Zigbee 標準和 Matter 協(xié)議的發(fā)布者。
ZAP 工具使開發(fā)人員能夠:
· 根據(jù)ZCL規(guī)范執(zhí)行SDK特定的定制化生成,包括所有全局工件、常量、類型、ID等
· 為設(shè)計人員提供用戶界面,以選擇特定的應(yīng)用程序配置、集群、屬性、命令
ST 正在將 ZAP 工具集成到 STM32CubeMX 中間件中,為 Matter 實施提供簡化的開發(fā)環(huán)境。
Matter 設(shè)計項目中遇到的常見挑戰(zhàn)
位于格但斯克的富昌電子卓越中心(CoE)在將 Matter 功能嵌入智能照明產(chǎn)品方面積累了豐富的經(jīng)驗,使用意法半導(dǎo)體STM32WB5MMG 2.4 GHz 無線 MCU 模塊作為硬件基礎(chǔ),如圖 3 所示。此 ST 模塊支持 Thread 和低功耗藍牙網(wǎng)絡(luò)。CoE 的經(jīng)驗表明,雖然 Matter 規(guī)范旨在方便開發(fā)人員和終端用戶,但仍存在一些工程師需要注意的缺陷。
圖3:STM32WB5MMG模塊采用緊湊的7.3 mm x 11 mm x 1.4 mm 86針LGA封裝。
存儲器使用:Matter 協(xié)議往往會占用大量 RAM。Matter 規(guī)范 v1.1 版改進了 1.0 版的這一缺點,預(yù)計未來版本會更好。但對于設(shè)計人員來說,在所選硬件目標中仔細指定 RAM 容量非常重要。
減少對 MCU RAM 資源依賴的有效方法是在外部安全元件(例如 NXP EdgeLock? SE051H)中實現(xiàn) Matter 協(xié)議的加密和其他安全功能,如圖 4 所示。SE051H 提供擴展的 Matter 支持,包括:
· 提供設(shè)備認證證書和基于證書的身份驗證
· 通用標準 EAL 6+ 認證
· 通過 NFC 進行設(shè)備調(diào)試和輕松 Wi-Fi 配對
· 使用 NXP Matter 產(chǎn)品認證機構(gòu)生成 Matter 憑證
· 使用 NXP EdgeLock 2GO 服務(wù)在 NXP 或客戶工廠進行憑證預(yù)注入
· 全面支持 Matter 調(diào)試中的加密,包括 SPAKE2+
· 經(jīng)過安全認證的保護,以及面向未來的解決方案,在防篡改 IC 和可更新小程序中提供安全密鑰存儲
圖 4:恩智浦OM-SE051ARD-H 是一款適用于 EdgeLock SE051H 安全元件的 Arduino 板兼容開發(fā)套件,它集成了 NFC 功能,可簡化智能家居中 Matter 設(shè)備的安全接入。
認證:始終是嵌入式開發(fā)團隊的難題,而且由于需要獨立于 Thread 或 Wi-Fi 認證流程來單獨驗證 Matter 兼容性,使得認證過程更加復(fù)雜,如圖5所示。
圖 5:Thread 或 Wi-Fi 兼容設(shè)備的 Matter 認證工作流程。
使用意法半導(dǎo)體器件(例如 STM32WB5 系列的無線 MCU)在這方面很有幫助:ST 發(fā)布了 Matter 認證手冊,并提供第三方認證支持。此外,一些 ST 器件(包括 STM32WB5MMG 模塊)已預(yù)先認證為符合 RF 和藍牙標準,其證書可以直接轉(zhuǎn)移到終端產(chǎn)品而無需額外驗證。
盡管如此,每個 Matter 認證終端產(chǎn)品的制造商都必須在 CSA 注冊:注冊需要支付大量費用。此外,CSA 通過稱為產(chǎn)品認證機構(gòu) (PAA) 的代理提供某些 ID 憑證、設(shè)備認證證書和證書聲明。設(shè)備 ID 使生產(chǎn)單元能夠被 Matter 固件識別。
獲取這些設(shè)備認證憑證可能會成為開發(fā)過程中的瓶頸。
連接性:在 Matter 協(xié)議 1.0 版中,CoE 遇到了線程連接間歇性丟失的問題。原因有很多,包括上面強調(diào)的 RAM 問題。此外,當 Thread 設(shè)備斷電然后重新啟動時,需要向主機網(wǎng)絡(luò)重新注冊其安全憑證。
這些問題已在 Matter 固件 v1.1 版中得到修復(fù)。這意味著開發(fā)人員應(yīng)確保他們使用的是 Matter 規(guī)范的最新版本??紤]到自首個 Matter 規(guī)范發(fā)布以來的時間較短,出現(xiàn)錯誤的可能性并不令人驚訝。開發(fā)人員可以期待在未來幾個月和幾年內(nèi)會有多個更新發(fā)布。
開始實施 Matter 設(shè)計
對于基于 MCU 的設(shè)計,截至2024年上半年,意法半導(dǎo)體、恩智浦、英飛凌、瑞薩和樂鑫科技的產(chǎn)品已經(jīng)提供 Matter 軟件支持。
想要開始實施 Matter 認證產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計人員可以使用 ST 開發(fā)套件,例如圖 5 中用于 STM32WB5MMG 模塊的 STM32WB5MM-DK Discovery 套件。富昌電子的嵌入式工程卓越中心(CoE)可以提供基于在STM32WB5MMG上實現(xiàn)Matter協(xié)議的經(jīng)驗的詳細指導(dǎo)。
圖 6:意法半導(dǎo)體的 STM32WB5MM-DK Discovery套件為開發(fā) Matter 認證設(shè)備提供了豐富的開發(fā)環(huán)境。
免責聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。
推薦閱讀:
艾睿電子助力SAVART Motors擴大其在印尼的電動車制造規(guī)模