تم إطلاق ST مؤخرًا ST4SIM، أول بطاقة eSIM معتمدة من GSMA لإنترنت الأشياء الصناعية والاستهلاكية وكذلك للسيارات. قررنا إطلاق الجهاز لتوفير طريقة أكثر مرونة للمهندسين لاستخدام الشبكات الخلوية. تستمر ثورة eSIM في تعزيز نمو التطبيقات الخلوية من خلال تحرير المطورين. في الواقع، بدلاً من الارتباط بمشغل واحد، يمكن لبطاقة eSIM التبديل بسهولة إلى مزود شبكة مختلف. يأتي إطلاق عائلة ST4SIM الجديدة بعدة موديلات. يتمتع بعضها بتكوين أساسي (ST4SIM-100x)، بينما يتمتع البعض الآخر بشهادة GSMA (ST4SIM-200x)، أو يتمتع بقدرات تشفير (ST4SIM-x10)، أو حتى شهادة سيارات (ST4SIM-xxxA). هناك نسخة 5G في الطريق. لذلك دعونا نستكشف أحدث شريحة eSIM من ST، وهي الأولى من نوعها وحدة، أول لوحة لها، وشاهد كيف يحلون التحديات لجعل الشبكات الخلوية في متناول مهندسي إنترنت الأشياء.
ST4SIM وتحديات التصميم
الجهاز أو حلول الكفاءة
ST4SIM متوافق مع GSMA M2M بالإضافة إلى مواصفات SIMalliance ، وهو يدعم 4G (LTE) و CAT-M و NB-IoT ، من بين أمور أخرى. نتيجة لذلك ، يعرف المهندسون أن ST4SIM الجديد متوافق مع جميع الشبكات والمشغلين تقريبًا في جميع أنحاء العالم. بالإضافة إلى ذلك ، تتوفر شريحة eSIM الجديدة في WLCSP و MFF2، من بين الحزم الأخرى. البصمة الصغيرة والفعالية من حيث التكلفة في الحجم الكبير لحزمة مقياس الرقاقة على مستوى الرقاقة يجعلها المفضلة في التطبيقات الصناعية. من ناحية أخرى ، تعد MFF2 حزمة قياسية للغاية ستجذب المهندسين الذين يعملون بالفعل في التطبيقات الخلوية.
كان أحد الأسباب التي دفعت ST للدخول إلى ساحة eSIM هو مساعدة المهندسين على إنشاء تطبيقات أكثر كفاءة. تكافح فرق التصميم أحيانًا لتحسين الأداء واستهلاك الطاقة لاتصالها الخلوي. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن منتجات إنترنت الأشياء تعتمد غالبًا على البطاريات الصغيرة ، فإن التحسينات الضعيفة لها تأثير كرة الثلج ، خاصة عندما يجب أن تستمر بعض المنتجات لمدة عشر سنوات في المجال باستخدام بطارية واحدة. إحدى الطرق التي تحل بها ST4SIM هذه المشكلة هي تقديم بروتوكول ISO / IEC 7816 بين eSIM والمودم. نتيجة لذلك ، عندما ينتقل الأخير إلى وضع السكون (وضع توفير الطاقة (PSM) أو الاستقبال المتقطع الممتد في وضع الخمول (i-eDRX) ، يمكنه إيقاف تشغيل eSIM لزيادة كفاءة الطاقة. وبالمثل ، يحتوي ST4SIM أيضًا على واجهة SPI لتمكين المتحكم الدقيق من التواصل بشكل أكثر كفاءة مع عنصره الآمن.
الوحدة أو حلول التكامل
لجعل الوصول إلى eSIM الجديد أكثر سهولة ، تطلق Murata وحدة LBAD0ZZ1SE التي تتضمن ST4SIM-200M و STM32L462 ومودم LTE Cat M1 / NB-IoT الخلوي. يحل المكون العديد من تحديات التصميم ويوفر متحكمًا قويًا بما يكفي لمعالجة معظم تطبيقات إنترنت الأشياء. نتيجة لذلك ، من الممكن إنشاء حل لا يتطلب وحدة MCU إضافية. تتضمن الوحدة أيضًا 1 ميجابايت إضافية من فلاش فوق 32 كيلوبايت من فلاش STM4L512 و 160 كيلوبايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، والتي ستكون كافية لمعالجة البيانات من المستشعرات وإرسالها إلى السحابة ، في حين أن استهلاك MCU للطاقة لا يتجاوز 2 µA في وضع STOP سيضمن عمر بطارية طويل.
حصلت الوحدة على شهادة GCF / PTCRB ، مما يدل على أنها تدمج جميع المكونات الضرورية ، بما في ذلك موصل الهوائي ومنظمات الطاقة (LDO). ومن ثم ، تحتاج الفرق فقط إلى توصيل الهوائي بموصل µFl وببطارية قادرة على توصيل 3.3 فولت ، وبالتالي ، فإن التكوين واضح ومباشر ، ويتجاوز الكثير من التعقيدات الملازمة المرتبطة بـ eSIM. يمكن للمطورين ببساطة استخدام واجهات ناقل STM32 (SPI أو UART أو I2C) للاستفادة من الوحدة بسرعة.
ST4SIM وتحديات التنفيذ
B-L462E-CELL1 أو حلول الأجهزة
يعتبر B-L462E-CELL1 ، الذي يأتي كبديل لـ P-L496G-CELL02 الذي تم إطلاقه في عام 2018 ، أسرع طريقة لتجربة وحدة Murata وكتصميم مرجعي لإنشاء منتج جديد بسرعة. في الواقع ، يمكن للمهندسين دراسة مخططات ST أثناء عملهم على ثنائي الفينيل متعدد الكلور واستخدام اللوحة لبدء تطبيقهم. على سبيل المثال ، يستخدم فقط الامتداد STM32L4 في الوحدة لمساعدة المصممين على تحديد حجم احتياجاتهم مقابل واحدة من أكثر MCU شيوعًا لهذا النوع من حالات الاستخدام. هناك أيضًا فتحة لفرق العمل لاستخدام بطاقة SIM البلاستيكية الخاصة بالمشغل. سوف يقوم B-L462E-CELL1 باكتشافه واستخدامه تلقائيًا لمزيد من الراحة. وبالمثل ، قمنا بتضمين ملف شاشة OLED مقاس 0.96 بوصة لتمكين التطبيقات من إظهار معلومات معينة ، مثل اسم المشغل أو قوة الإشارة (RSSI) أو الوقت والتاريخ المستقبلين من الإنترنت.
وجود أ ترميز الصوت منخفض الطاقة على B-L462E-CELL1 قد يفاجئ البعض. قررت ST إضافته مع ملف 3.5 مم جاك لسماعات الرأس ، لأن الوحدة توفر بعض ميزات VoIP. ومع ذلك ، يجب على المطورين الاتصال بـ Murata لإلغاء تأمينهم. تتضمن مجموعة الاكتشاف أيضًا ملف منفذ + STMod لتوصيل لوحات التمدد الأخرى بسهولة أكبر وتسهيل النماذج الأولية. قمنا أيضًا بتضمين عدد لا يحصى من أجهزة الاستشعار للسماح للفرق بتطوير تطبيق يمكنه مراقبة الظروف البيئية عن بُعد. أخيرًا ، يمكن للمستخدمين تشغيل اللوحة من خلال منفذ USB أو ثلاث بطاريات AAA. نتيجة لذلك ، من الممكن استخدام السبورة في الميدان بسهولة أكبر. علاوة على ذلك ، يمكن للنظام أن يكتشف تلقائيًا مصدر الطاقة دون تحريك وصلات العبور.
Truphone أو حل الخطة الخلوية
بمجرد أن يضع المهندسون أيديهم على B-L462E-CELL1 ، يمكنهم الاستمتاع على الفور باتصالهم الخلوي بفضل Truphone الشريك المعتمد من ST. يوفر مشغل الشبكة الافتراضية للهاتف المحمول 50 ميغابايت من البيانات وبعض إمكانيات الرسائل النصية مجانًا لمدة 90 يومًا. سيتضمن الصندوق الذي يحتوي على B-L462E-CELL1 تعليمات حول كيفية تسجيل وتفعيل خطة البيانات باستخدام بوابة الويب الخاصة بـ Truphone. أضفنا الفيديو أدناه لإظهار كيفية الحصول على ICCID الخاص بـ eSIM من محطة تسلسلية قبل عملية التنشيط. ويعني مودم LTE Cat M/NB-IoT الخاص بالوحدة أيضًا أنه سيكون من الممكن استخدام الأفضل التكنلوجيا متاح.
يمكن للقراء التحقق من صفحة تغطية Truphone لمعرفة البروتوكولات الخلوية المتوفرة في بلدهم. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل ST أيضًا مع مزودين إضافيين. تتيح منصات الاتصال الخاصة بـ Truphone للمستخدمين تنزيل الملفات الشخصية من مشغلي الهاتف المحمول وتمكينها على النحو المحدد بواسطة GSMA. نتيجة لذلك ، يجب أن يتوقع المهندسون دعمًا قويًا في جميع أنحاء العالم ، وفي كثير من الحالات ، التعرف التلقائي على مشغلهم. علاوة على ذلك ، يمكن للعملاء الذين يرغبون في التحقق من خدمات توفير بطاقة SIM عن بُعد الاتصال بفرق دعم Truphone أو ST للحصول على مزيد من المعلومات.
X-CUBE-CELLULAR أو الحلول البرمجية
جانب آخر مهم في النظام الإيكولوجي لتطوير ST هو X-CUBE- خلوية حزمة توسيع البرامج. واحدة من قوتها تأتي من طبقة تجريد تمكن المهندسين من التبديل إلى أجهزة مودم مختلفة عن طريق إعادة التحويل البرمجي في الغالب باستخدام برنامج تشغيل المودم المستهدف الذي توفره ST يدعم X-CUBE-CELLULAR أيضًا طبقة تجريدية من الاتصال مع ST4SIM. يحتاج المطورون فقط إلى استخدام واجهة ISO عبر المودم أو الاتصال المباشر عبر SPI. كما هو معتاد ، تقدم X-CUBE-CELLULAR أمثلة للتطبيق. على سبيل المثال ، يمكن للمطورين استخدام برنامج ST لإرسال ملف ping أو رسائل صدى TCP و UDP لتقييم جودة الاتصال من طرف إلى طرف عبر الإنترنت عن طريق التحقق من زمن الانتقال. علاوة على ذلك ، أ ويكي على X-CUBE-CELLULAR سيوجه المطورين من خلال الإرشادات والنصائح والأسئلة الأكثر شيوعًا. في الواقع تقدم الحزمة ميزات واسعة تهدف إلى تسهيل تطوير التطبيقات بشكل كبير.
تدير البرامج الوسيطة X-CUBE-CELLULAR تكوين الاتصال الخلوي وتحافظ على توفر الخدمة. على سبيل المثال ، تحدد بطاقة SIM الصحيحة بناءً على السياسات التي يحددها المستخدم النهائي وتكوين APN وفقًا لذلك. بعد ذلك ، سيوجه X-CUBE-CELLULAR المودم للاتصال بالشبكة الخلوية وسيراقب جميع أحداث حالة الشبكة. حتى أنه سيبلغ التطبيق باستعداد الخدمة الخلوية لاتصال البيانات لتجنب استقصاء حالة الشبكة. يمكن للعملاء أيضًا استخدام البرامج الوسيطة للاستفادة من عنصر الأمان ST4SIM لتخزين المعلومات الحساسة. أصبح التعامل مع الشهادات والمفاتيح للإعداد الآمن والاتصالات المشفرة عبر الإنترنت (TLS أو DTLS) أكثر بساطة. تدعم حزمة البرامج أيضًا تبديل بطاقة SIM عن بُعد باستخدام منصة eSIM Remote SIM Provisioning من Truphone. تراقب حزمة X-CUBE-CELLULAR ببساطة أحداث تبديل SIM لإعادة تكوين النظام وإعادة توصيله بالشبكة.
طريقة جديدة للعمل على التطبيقات الخلوية
غالبًا ما تستخف فرق كثيرة جدًا بالتعقيد الكامن وراء تطوير الحلول الخلوية. تقليديا ، يحتاج المهندسون إلى تعلم أوامر AT لكل بائع مودم وكتابة التطبيقات من حولهم. يجب على المطورين أيضًا اعتماد نماذج برمجة دفاعية صارمة لضمان متانة أنظمتهم بغض النظر عن المشكلات التي قد تنشأ. على سبيل المثال ، في حالة فقدان الشبكة ، قد يحتاج الرمز إلى فحص حالة الشبكة لإعادة إنشاء الاتصال. تقوم البرامج الوسيطة X-CUBE-CELLULAR بكل هذا نيابة عن التطبيق وتوفر للمطورين إمكانية التعامل مع الاتصال الخلوي كما يفعلون مع بروتوكول IP بسيط.
تدعم الحزمة أيضًا واجهة قياسية تعتمد على مقبس BSD الشهير لجعل الأمور أكثر سهولة. كما أنه يسهل دمج حلول الطرف الثالث. ونتيجة لذلك، تعمل ST مع أعضاء برنامج الشركاء الذين قاموا بدمج برامجهم الوسيطة السحابية مسبقًا، مثل LwM2M، بالإضافة إلى X-CUBE-CELLULAR.