ST recentemente lanciato ST4 SIM, la nostra prima eSIM certificata GSMA per l'IoT industriale e di consumo, nonché per il settore automobilistico. Abbiamo deciso di rilasciare il dispositivo per offrire agli ingegneri un modo più flessibile di utilizzare le reti cellulari. La rivoluzione eSIM continua a favorire la crescita delle applicazioni cellulari liberando gli sviluppatori. Infatti, invece di essere vincolata a un operatore, una eSIM può facilmente passare a un altro gestore di rete. Il lancio della nuova famiglia ST4SIM prevede diversi modelli. Alcuni hanno una configurazione base (ST4SIM-100x), mentre altri sono certificati GSMA (ST4SIM-200x), hanno capacità crittografiche (ST4SIM-x10) o anche una certificazione automobilistica (ST4SIM-xxxA). È addirittura in arrivo una versione 5G. Esploriamo quindi l'ultima eSIM della ST, la prima modulo, la sua prima scheda, e scopri come risolvono le sfide per rendere le reti cellulari più accessibili agli ingegneri IoT.
ST4SIM e le sfide del design
Il dispositivo o le soluzioni per l'efficienza
ST4SIM è conforme alle specifiche GSMA M2M e SIMalliance e supporta 4G (LTE), CAT-M e NB-IoT, tra gli altri. Di conseguenza, gli ingegneri sanno che il nuovo ST4SIM è compatibile con quasi tutte le reti e gli operatori in tutto il mondo. Inoltre, la nuova eSIM è disponibile in WLCSP e MFF2, tra gli altri pacchetti. L'ingombro ridotto e l'economicità in un volume elevato del pacchetto a livello di chip a livello di wafer lo rendono uno dei preferiti nelle applicazioni industriali. D'altra parte, MFF2 è un pacchetto molto standard che attirerà gli ingegneri che già lavorano su applicazioni cellulari.
Uno dei motivi che ha spinto la ST a entrare nell'arena delle eSIM è stato quello di aiutare gli ingegneri a creare applicazioni più efficienti. I team di progettazione a volte faticano a ottimizzare le prestazioni e il consumo energetico della loro connessione cellulare. Inoltre, poiché i prodotti IoT si basano spesso su batterie di piccole dimensioni, le scarse ottimizzazioni hanno un effetto valanga, soprattutto quando alcuni prodotti devono durare dieci anni sul campo con una singola batteria. Un modo in cui ST4SIM risolve questo problema è offrendo un protocollo ISO/IEC 7816 tra l'eSIM e il modem. Di conseguenza, quando quest'ultimo va in sospensione (modalità di risparmio energetico (PSM) o ricezione discontinua estesa in modalità inattiva (i-eDRX), può spegnere l'eSIM per una maggiore efficienza energetica. Allo stesso modo, ST4SIM ha anche un'interfaccia SPI per consentire al microcontrollore di comunicare in modo più efficiente con il suo elemento sicuro.
Il modulo o le soluzioni di integrazione
Per rendere la nuova eSIM ancora più accessibile, Murata lancia il modulo LBAD0ZZ1SE che include un ST4SIM-200M, un STM32L462 e un modem cellulare LTE Cat M1/NB-IoT. Il componente risolve molte sfide di progettazione e offre un microcontrollore sufficientemente potente per affrontare la maggior parte delle applicazioni IoT. Di conseguenza, è possibile creare una soluzione che non richiede un MCU aggiuntivo. Il modulo include anche un ulteriore 1 MB di Flash oltre ai 32 KB di Flash e 4 KB di RAM dell'STM512L160, che saranno sufficienti per elaborare i dati dai sensori e inviarli al cloud, mentre il consumo energetico dell'MCU di soli 2 µA in modalità STOP garantirà una lunga durata della batteria.
Il modulo ha ricevuto una certificazione GCF/PTCRB, che significa che integra tutti i componenti necessari, compreso il connettore dell'antenna e i regolatori di potenza (LDO). Quindi, i team devono solo collegare l'antenna al connettore µFl e a una batteria in grado di fornire 3.3 V. La configurazione è, quindi, semplice, aggirando molte delle complessità intrinseche associate all'eSIM. Gli sviluppatori possono semplicemente utilizzare le interfacce bus di STM32 (SPI, UART o I2C) per sfruttare rapidamente il modulo.
ST4SIM e sfide di implementazione
B-L462E-CELL1 o le soluzioni hardware
Il B-L462E-CELL1, che si presenta come un'alternativa al P-L496G-CELL02 lanciato nel 2018, serve come il modo più veloce per sperimentare il modulo di Murata e come progetto di riferimento per creare rapidamente un nuovo prodotto. In effetti, gli ingegneri possono studiare gli schemi della ST mentre lavorano sul PCB e utilizzare la scheda per avviare l'applicazione. Ad esempio, utilizza solo il STM32L4 nel modulo per aiutare i progettisti a valutare le proprie esigenze rispetto a uno degli MCU più popolari per questo tipo di caso d'uso. C'è anche uno slot per consentire ai team di utilizzare la scheda SIM di plastica del loro operatore. Il B-L462E-CELL1 lo rileverà automaticamente e lo utilizzerà per una maggiore comodità. Allo stesso modo, abbiamo incluso a Display OLED da 0.96 pollici per consentire alle applicazioni di mostrare determinate informazioni, come il nome dell'operatore, l'intensità del segnale (RSSI) o l'ora e la data ricevute da Internet.
La presenza di a CODEC audio a bassa potenza sul B-L462E-CELL1 potrebbe sorprendere qualcuno. ST ha deciso di aggiungerlo, insieme a a 3.5 mm jack per le cuffie, perché il modulo fornisce alcuni Funzionalità VoIP. Tuttavia, gli sviluppatori devono contattare Murata per sbloccarli. Il Discovery Kit include anche un Porta STMod+ per collegare più facilmente altre schede di espansione e facilitare la prototipazione. Abbiamo anche incluso una miriade di sensori per consentire ai team di sviluppare un'applicazione in grado di monitorare da remoto le condizioni ambientali. Infine, gli utenti possono alimentare la scheda tramite il suo Porta USB o tre batterie AAA. Di conseguenza, è possibile utilizzare la scheda sul campo più facilmente. Inoltre, il sistema è in grado di rilevare automaticamente da dove proviene l'alimentazione senza spostare i ponticelli.
Truphone o la soluzione del piano cellulare
Una volta che gli ingegneri mettono le mani sul B-L462E-CELL1, possono godere immediatamente della loro connessione cellulare grazie al partner autorizzato ST Truphone. L'operatore di rete virtuale mobile offre 50 MB di dati e alcune funzionalità di SMS gratuitamente per 90 giorni. La confezione contenente B-L462E-CELL1 includerà le istruzioni su come registrarsi e attivare il piano dati utilizzando il portale web di Truphone. Abbiamo aggiunto il video qui sotto per mostrare come ottenere l'ICCID dell'eSIM da un terminale seriale prima del processo di attivazione. Il modem LTE Cat M/NB-IoT del modulo significa anche che sarà possibile utilizzarlo al meglio la tecnologia a disposizione.
I lettori possono controllare la pagina di copertura di Truphone per vedere quali protocolli cellulari sono disponibili nel loro paese. Inoltre, la ST sta lavorando anche con altri fornitori. Le piattaforme di connettività di Truphone consentono agli utenti di scaricare e abilitare i profili degli operatori mobili come definito da GSMA. Di conseguenza, gli ingegneri dovrebbero aspettarsi un forte supporto in tutto il mondo e, in molti casi, il riconoscimento automatico del loro operatore. Inoltre, i clienti che desiderano verificare i servizi di Remote SIM Provisioning possono contattare i team di supporto Truphone o ST per ulteriori informazioni.
X-CUBE-CELLULAR o le Soluzioni Software
Un altro aspetto critico dell'ecosistema di sviluppo di ST è il X-CUBE-CELLULARE pacchetto di espansione software. Uno dei suoi punti di forza deriva dalla sua livello di astrazione che consente agli ingegneri di passare a modem diversi principalmente ricompilando con il driver del modem di destinazione fornito da ST. X-CUBE-CELLULAR supporta anche un livello di astrazione di comunicazione con ST4SIM. Gli sviluppatori devono solo utilizzare l'interfaccia ISO tramite il modem o la comunicazione diretta tramite SPI. Come da tradizione, X-CUBE-CELLULAR offre esempi di applicazione. Ad esempio, gli sviluppatori possono utilizzare il software della ST per inviare a comando ping o messaggi echo TCP e UDP valutare la qualità di una comunicazione end-to-end su Internet controllando la latenza. Inoltre, a Wiki su X-CUBE-CELLULAR guiderà gli sviluppatori attraverso le istruzioni, i suggerimenti e le domande più frequenti. Il pacchetto offre infatti ampie funzionalità volte a facilitare notevolmente lo sviluppo delle applicazioni.
Il middleware di X-CUBE-CELLULAR gestisce la configurazione della connettività cellulare e mantiene la disponibilità del servizio. Ad esempio, seleziona la SIM giusta in base ai criteri definiti dall'utente finale e configura l'APN di conseguenza. X-CUBE-CELLULAR indicherà quindi al modem di connettersi alla rete cellulare e monitorerà tutti gli eventi di stato della rete. Informerà anche l'applicazione della disponibilità del servizio cellulare per la connettività dati per evitare il polling dello stato della rete. I clienti possono anche utilizzare il middleware per sfruttare l'elemento sicuro ST4SIM per archiviare informazioni sensibili. La gestione di certificati e chiavi per una configurazione sicura e comunicazioni crittografate su Internet (TLS o DTLS) è diventata più semplice. Il pacchetto software supporta anche la commutazione remota della SIM utilizzando la piattaforma eSIM Remote SIM Provisioning di Truphone. Il pacchetto X-CUBE-CELLULAR monitora semplicemente gli eventi di commutazione della SIM per riconfigurare il sistema e riconnetterlo alla rete.
Un nuovo modo di lavorare su applicazioni cellulari
Troppi team spesso sottovalutano la complessità alla base dello sviluppo di soluzioni cellulari. Tradizionalmente, gli ingegneri devono imparare i comandi AT per ogni fornitore di modem e scrivere applicazioni attorno ad essi. Gli sviluppatori devono inoltre adottare rigorosi paradigmi di programmazione difensiva per garantire la robustezza del proprio sistema indipendentemente dai problemi che possono sorgere. Ad esempio, in caso di perdita di rete, il codice potrebbe dover interrogare lo stato della rete per ristabilire la connessione. Il middleware X-CUBE-CELLULAR fa tutto questo per conto dell'applicazione e consente agli sviluppatori di gestire la connettività cellulare come farebbero con un semplice protocollo IP.
Il pacchetto supporta anche un'interfaccia standard basata sul popolare socket BSD per rendere le cose ancora più intuitive. Inoltre, semplifica l'integrazione di soluzioni di terze parti. Di conseguenza, la ST sta lavorando con i membri del Partner Program che hanno preintegrato il loro middleware cloud, come LwM2M, oltre a X-CUBE-CELLULAR.