사물 인터넷(IoT) 장치의 개발이 지속적으로 발전하고 있지만 장치 간 연결은 설계자에게 여전히 끊임없는 과제로 남아 있습니다. 10년 전만 해도 초기 IoT 사용자가 쉽게 연결할 수 있는 장치를 설계하는 것은 어려운 일이었습니다. 오늘날 IoT 장치는 기본적으로 원활한 연결이 필요할 뿐만 아니라 배터리 수명을 연장하면서 이기종 네트워크 전반에 걸쳐 안전한 연결을 보장해야 합니다. 경쟁 압력에 신속하게 대응해야 하는 개발자의 경우 배송 시간 단축으로 인해 IoT 설계가 더욱 복잡해집니다. 따라서 저전력 무선 SoC(시스템 온 칩) 장치를 위한 포괄적인 에코시스템에 적응할 수 있는 기능이 풍부한 개발 키트를 찾는 것이 매우 중요해졌습니다. Nordic Semiconductor에서 제공하는 이러한 유형의 개발 키트는 모든 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
Nordic의 nRF54L15는 nRF54L15-DK 평가 기판(그림 1)을 기반으로 하는 개발 키트로, Nordic의 nRF54L 계열 무선 SoC(nRF54L15 포함)를 사용하여 IoT 설계를 가속화하도록 설계되었습니다. 이 개발 키트는 nRF54L10 및 nRF54L05 장치를 시뮬레이션할 수도 있습니다. 전체 하드웨어 설계 파일 외에도 이 키트에는 Nordic의 nRF54L15 무선 SoC, 8MB 외부 플래시 메모리, 전원 관리 IC, 2.4GHz 및 NFC(근거리 무선 통신) 안테나가 장착된 완전한 무선 개발 플랫폼을 제공하는 회로 기판도 포함되어 있습니다.
그림 1: nRF54L15-DK 개발 기판은 nRF54L15 무선 SoC, 플래시 메모리, 전원 관리 IC 및 커넥터를 통합하여 보안 다중 프로토콜 IoT 장치의 신속한 배포를 지원하는 포괄적인 하드웨어 플랫폼을 구성합니다. (이미지 출처: 노르딕 세미컨덕터)
디버깅 커넥터 및 전력 분석 커넥터 세트 외에도 이 개발 보드는 소프트웨어 디버깅 및 실행 중 수동 상호 작용을 위한 LED(발광 다이오드) 및 버튼을 포함한 여러 사용자 인터페이스 구성 요소도 제공합니다. 3개의 커넥터 세트는 SoC의 범용 입력/출력(GPIO) 포트로 연결되므로 배터리 구동식 IoT 애플리케이션용으로 특별히 제작된 무선 SoC를 완벽하게 제어할 수 있습니다.
저전력 IoT 애플리케이션용으로 특별히 설계됨
Nordic의 nRF54L 무선 SoC 시리즈는 Nordic의 4세대 저전력 Bluetooth(BLE) SoC 중 하나입니다. Nordic의 기술적 강점은 기능과 성능의 포괄적인 조합에 완전히 반영되어 있으며, 이는 다중 프로토콜 연결 및 배터리 수명 연장 솔루션을 설계할 때 꼭 필요한 것입니다. nRF54L 시리즈의 모든 제품은 동일한 아키텍처를 채택하고 있지만 비휘발성 메모리(NVM)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 크기만 다릅니다. nRF54L15는 각각 1.5MB와 256KB의 가장 큰 용량을 갖습니다.
이 아키텍처는 Arm Cortex-M33 메인 코어와 Nordic이 자체 개발한 RISC-V 보조 프로세서를 포함한 한 쌍의 프로세서(그림 2)를 기반으로 구축되었습니다. Arm Cortex-M33 프로세서는 애플리케이션을 처리할 때 시간이 중요한 작업을 RISC-V 코어에 넘겨 아키텍처의 I/O, 타이머 및 주변 장치에 대한 지연 시간이 짧은 처리를 제공합니다.
그림 2: nRF54L 무선 SoC는 Arm Cortex-M33, RISC-V 보조 프로세서, 다중 프로토콜 트랜시버 및 다양한 주변 장치를 통합합니다. (이미지 출처: 노르딕 세미컨덕터)
nRF54L 아키텍처는 보다 안전한 IoT 장치에 대한 사람들의 지속적인 우려를 제거하고 Arm TrustZone, 변조 방지, 암호화 가속, 인증된 디버깅, 보안 키 저장소 및 신뢰 루트 설정을 위한 변경 불가능한 부트 영역을 포함한 여러 주요 보안 향상 기능을 구현합니다. 이러한 기능을 종합하면 보안 무선 업데이트, 보안 부팅, 신뢰할 수 있는 애플리케이션의 보안 실행에 필요한 기반을 제공합니다.
무선 통신의 경우 Arm Cortex-M33 프로세서는 다중 프로토콜 무선 스택의 실행을 처리합니다. 이 프로세서는 통합 저전력 다중 프로토콜 2.4GHz 트랜시버와 함께 사용할 경우 8데시벨(1밀리와트(dBm) 전송 전력 기준) 및 -96dBm 수신 감도를 제공할 수 있습니다.
스택 리소스와 하드웨어 기능의 시너지 효과를 통해 설계는 Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk 및 독점 2.4GHz 프로토콜을 비롯한 다양한 주요 연결 기술과 IoT 프로토콜을 최대 4Mb/s의 속도로 지원할 수 있습니다. IoT 장치가 여전히 Wi Fi와의 공존을 지원해야 하는 경우 Arm Cortex-M33 프로세서는 Nordic nRF70 시리즈 Wi Fi 컴패니언 칩의 Wi Fi 스택을 실행합니다. 이 칩은 nRF54L 시리즈와 같은 Nordic nRF 시리즈 SoC에 쉽게 연결할 수 있습니다.
nRF54L 무선 SoC는 BLE Core 6.0의 요구 사항을 완벽하게 충족하며 Bluetooth 채널 감지와 같은 기능을 갖추고 있습니다. 채널 감지 기술은 차세대 전자 태그, 스마트 도어 잠금 장치, 가전 제품 및 자산 추적 시스템의 요구 사항을 충족하기 위해 혁신적인 정밀도와 안전한 범위 지정 기능을 달성할 수 있습니다.
소프트웨어 리소스로 IoT 소프트웨어 설계 가속화
nRF54L15-DK 개발 키트는 nRF54L 기반 장치 개발을 위한 기성 하드웨어 플랫폼을 제공하는 반면, Nordic nRF Connect 소프트웨어 개발 키트(그림 3)는 IoT 소프트웨어 애플리케이션을 빠르게 구축하기 위한 포괄적인 소프트웨어 기반을 제공합니다. SDK는 리소스가 제한된 장치에 최적화된 전용 루틴부터 복잡한 애플리케이션용으로 구축된 소프트웨어 패키지에 이르기까지 다양한 소프트웨어를 생성하기 위한 확장 가능한 프레임워크를 제공합니다.
그림 3: nRF Connect SDK는 복잡한 IoT 애플리케이션 개발을 가속화하는 포괄적인 소프트웨어 스택을 제공합니다. (이미지 출처: 노르딕 세미컨덕터)
nRF Connect SDK 코드는 오픈 소스 MCUBoot 보안 부트 로더와 오픈 소스 Zephyr 실시간 운영 체제(RTOS)를 결합하여 메모리 제한 시스템에서 대용량 메모리 구성까지 확장성을 허용합니다. 이러한 조합을 기반으로 Nordic의 nrf 및 nrfxlib 소프트웨어 패키지는 BLE, Bluetooth 메시 네트워크, Wi Fi, Matter 및 Thread/Zigbee에 필요한 연결 프로토콜 스택을 제공합니다. 미들웨어 라이브러리는 하드웨어 드라이버, 보안 펌웨어, CoAP(Constrained Application Protocol) 및 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)를 포함한 연결 프로토콜 지원을 제공합니다.
Nordic에서 제공하는 nRF Connect SDK 리포지토리에는 수많은 샘플 애플리케이션이 포함되어 있어 애플리케이션 소스 코드를 신속하게 구축할 수 있습니다. nRF Connect SDK를 사용하여 코드 저장소를 구축한 후 Nordic 환경에서는 구성 파일(*.conf) 및 장치 트리 파일(*.dts)을 사용하여 다양한 하드웨어 구성의 다른 애플리케이션에 소스 코드를 쉽게 재배치할 수 있습니다(그림 4).