기성 키트를 사용하여 신속하게 안전한 다중 프로토콜 IoT 장치를 구축 및 배포하기

IoT(사물 인터넷) 장치 개발에 발전이 이루어질수록 장치 연결 문제는 꾸준한 과제가 되고 있습니다. 10년 전만 해도 IoT 얼리 어댑터가 엄청난 노력 없이 연결할 수 있는 장치를 설계하는 것은 어려운 일이었습니다. 오늘날 IoT 장치는 출시 즉시 원활하게 연결되어야 할 뿐만 아니라 이기종 네트워크에서 안전한 연결을 보장하는 동시에 배터리 수명도 연장할 수 있어야 합니다. 기한이 촉박한 경우가 많아 경쟁 압력에 신속하게 대응해야 하는 개발자의 IoT 설계는 더욱 복잡해집니다. 그렇기 때문에 포괄적인 에코시스템이 뒷받침되는 저전력 무선 SoC(시스템온칩) 장치를 위해 다양한 기능의 개발 키트를 찾는 것이 중요해졌습니다. 이 모든 사항을 충족하는 Nordic Semiconductor 개발 키트가 있습니다.

Nordic의 nRF54L15는 nRF54L15를 비롯한 Nordic의 nRF54L 계열 무선 SoC를 사용하여 IoT 설계를 가속화하도록 설계된 nRF54L15-DK 평가 기판(그림 1)을 기반으로 하는 개발 키트입니다. 또한 이 개발 키트는 nRF54L10 및 nRF54L05 장치의 에뮬레이션도 가능합니다. 전체 하드웨어 설계 파일 세트와 함께 Nordic의 nRF54L15 무선 SoC, 8MB(메가바이트) 외장 플래시 메모리, 전원 관리 IC, 2.4GHz 및 근거리 무선 통신(NFC) 안테나가 포함된 완벽한 무선 개발 플랫폼을 제공하는 기판이 포함되어 있습니다.

그림 1: nRF54L15-DK 개발 기판은 nRF54L15 무선 SoC, 플래시 메모리, 전력 관리 및 커넥터를 결합하여 보안 다중 프로토콜 IoT 장치의 빠른 배포를 지원하는 포괄적인 하드웨어 플랫폼을 구성합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

디버그 커넥터 및 전원 프로파일링 헤더 세트와 함께 소프트웨어 디버그 및 실행 중 수동 상호 작용을 위한 발광 다이오드(LED) 및 버튼을 비롯한 여러 사용자 인터페이스 구성 요소를 제공하는 기판입니다. 3개의 커넥터 뱅크가 SoC의 범용 입력/출력(GPIO) 포트를 제공하므로 배터리 구동 IoT 애플리케이션용으로 제작된 무선 SoC에 완벽하게 액세스할 수 있습니다.

저전력 IoT 애플리케이션을 위한 설계

Nordic의 nRF54L 무선 SoC 제품군은 Nordic의 4세대 Bluetooth Low Energy(BLE) SoC 제품군에 속합니다. 다중 프로토콜 연결과 배터리 수명 연장이 필요한 설계에 필요한 포괄적인 기능들을 한 데 모은 Nordic의 전문성이 입증되는 제품입니다. 모든 nRF54L 제품군은 동일한 아키텍처를 사용하지만 비휘발성 메모리(NVM)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 용량에 차이가 있으며, nRF54L15가 각각 1.5MB와 256KB로 가장 큰 용량을 제공합니다.

이 아키텍처는 Arm Cortex-M33 메인 코어와 Nordic의 자체 RISC-V 코프로세서를 포함하는 한 쌍의 프로세서(그림 2)를 중심으로 구축됩니다. Arm Cortex-M33 프로세서가 애플리케이션 처리를 처리하는 동안 RISC-V 코어는 시간이 중요한 작업을 오프로드하여 아키텍처의 I/O, 타이머 및 주변 장치 세트에 지연 시간이 짧은 처리를 실시합니다.

그림 2: nRF54L 무선 SoC는 Arm Cortex-M33 및 RISC-V 코프로세서를 다중 프로토콜 트랜시버 그리고 광범위한 주변 장치들과 통합합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

nRF54L 아키텍처는 Arm TrustZone, 변조 완화, 암호화 가속, 인증 디버그, 보안 키 스토리지, 신뢰점을 설정하는 변경 불가능한 부트 영역 등 여러 가지 주요 보안 향상 기능을 통해 보안이 강화된 IoT 장치와 관련하여 지속적으로 발생하는 우려를 해결합니다. 이러한 기능을 함께 사용하면 안전한 무선 업데이트, 보안 부팅, 신뢰할 수 있는 애플리케이션의 안전한 실행에 필요한 기반을 마련할 수 있습니다.

무선 통신의 경우 Arm Cortex-M33 프로세서가 다중 프로토콜 무선 스택의 실행을 처리합니다. 통합 저전력 다중 프로토콜 2.4기가헤르츠(GHz) 트랜시버와 함께 작동하며, 송신 전력은 1밀리와트(dBm) 기준 8데시벨, 수신 감도는 -96dBm입니다.

스택 가용성과 우수한 하드웨어 기능이 모두 제공되어, 최대 초당 4메가비트(Mbits/s)의 Bluetooth 6.0, BLE, Zigbee, Thread, Matter, Amazon Sidewalk, 독점 2.4GHz 프로토콜 등 다양한 주요 연결 기술 및 IoT 프로토콜을 지원할 수 있습니다. IoT 장치에서 Wi-Fi 공존도 지원해야 하는 경우, Arm Cortex-M33 프로세서는 nRF54L 제품군과 같은 Nordic nRF 계열 SoC에 쉽게 연결하도록 설계된 Nordic nRF70 계열 Wi-Fi 컴패니언 칩용 Wi-Fi 스택을 실행합니다.

nRF54L 무선 SoC는 BLE 코어 6.0에 완벽하게 인증되어 Bluetooth 채널 사운딩과 같은 기능을 제공합니다. 채널 사운딩은 차세대 태그, 스마트 잠금 장치, 가전 제품 및 자산 추적에 필요한 정확하고 안전한 거리 측정의 새로운 차원을 약속합니다.

소프트웨어 리소스로 IoT 소프트웨어 설계 속도 향상

nRF54L15-DK 개발 키트는 nRF54L 기반 장치 개발을 위해 바로 사용할 수 있는 하드웨어 플랫폼을 제공하는 반면, Nordic nRF Connect 소프트웨어 개발 키트(SDK)(그림 3)는 IoT 소프트웨어 애플리케이션을 빠르게 구축할 수 있는 포괄적인 소프트웨어 기반을 제공합니다. SDK는 리소스가 제한된 장치에 최적화된 특수 루틴부터 복잡한 애플리케이션을 위해 제작된 소프트웨어 패키지까지 다양한 소프트웨어를 제작할 수 있는 확장 가능한 프레임워크를 제공합니다.

그림 3: nRF Connect SDK는 정교한 IoT 애플리케이션의 개발을 가속화하기 위한 포괄적인 소프트웨어 스택을 제공합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

nRF Connect SDK 코드는 오픈 소스 MCUBoot 보안 부트로더와 오픈 소스 Zephyr 실시간 운영 체제(RTOS)를 결합하여 메모리 제약이 있는 시스템에서 대용량 메모리 구성으로 확장할 수 있습니다. 이러한 조합을 기반으로 구축된 Nordic의 nrf 및 nrfxlib 패키지는 BLE, Bluetooth 메시, Wi-Fi, Matter 및 Thread/Zigbee에 필요한 연결 프로토콜 스택을 제공합니다. 미들웨어 라이브러리는 하드웨어 드라이버, 보안 펌웨어를 제공하며, CoAP(Constrained Application Protocol) 및 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)를 비롯한 연결 프로토콜을 지원합니다.

누구나 사용 가능한 Nordic의 nRF Connect SDK 리포지토리에 포함된 다양한 샘플 애플리케이션을 통해 애플리케이션 소스 코드를 빠르게 구축할 수 있습니다. nRF Connect SDK로 코드 기반을 구축한 후, 북유럽 환경의 구성 파일(*.conf)과 디바이트리 파일(*.dts)을 사용하면 다양한 하드웨어 구성의 여러 애플리케이션에 맞게 소스 코드를 쉽게 리타겟팅할 수 있습니다(그림 4).

그림 4: Nordic의 소프트웨어 개발 프레임워크는 다양한 하드웨어 구성에서 실행되는 고유한 애플리케이션을 구축하기 위해 쉽게 리타겟팅할 수 있는 애플리케이션 소스 코드의 형식을 간소화합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

결론

안전한 다중 프로토콜 연결에 대한 수요가 증가함에 따라 기한이 촉박해지고 있는 상황에서 IoT 개발자의 어려움이 가중되고 있습니다. Nordic Semiconductor의 nRF54L15 개발 키트는 새로운 요구 사항을 충족할 수 있는 저전력 IoT 장치의 신속한 개발을 위해 필요한 포괄적인 하드웨어/소프트웨어 기반을 제공합니다.