Smart Home
Matter: eine Sprache, alle Geräte
Unterstützt von den großen Vier – Amazon, Apple, Google und Samsung – soll Matter zum universellen Kommunikationsprotokoll für alle Arten von Smart-Home-Anwendungen werden. Mit Entwicklungskits und Software-Tools von Silicon Labs hilft Glyn beim Start mit der Entwicklung von Matter-Anwendungen.
Mit Smart Home soll unser Leben komfortabler werden. Ob per Smartphone-App oder mit Sprachsteuerung: Beleuchtung, Heizung und Klima sowie Unterhaltungselektronik lassen sich mit „Siri“, „Alexa“ und Co. einfach steuern. Allerdings nutzen Hersteller für ihre Systeme unterschiedliche Protokolle. Konsumenten und Installateure müssen entscheiden, wie viele der unterschiedlichen Systeme muss das Smart Home unterstützen? Wäre es nicht viel besser, wenn es nur einen einzigen universellen Standard gibt, der für eine bestmögliche Kompatibilität sorgt und mit dem ein großer Kundenkreis adressiert werden kann?
Smart-Home-Universalsprache Matter
Matter ist ein für alle Hersteller freier Smart-Home-Standard, der in Version 1.0 im Oktober 2022 von der Connectivity Standards Alliance (CSA) vorgestellt wurde. Am 18. Mai 2023 hat die CSA die neue Version 1.1 veröffentlicht. Hersteller von Smart-Home-Systemen, Geräten und Halbleitern haben diesen Standard zusammen erarbeitet. Matter bildet für alle Applikationen die gemeinsame Kommunikationsbasis – also eine Sprache für alle Geräte. Die neuste Version des Standards 1.1 verbessert deutlich die Unterstützung für Low-Power-Applikationen, also für die typischen Smart-Home-Applikationen. Im Vordergrund des Updates stehen Intermittently Connected Device (ICD). In dieser Gruppe sind die meisten Low-Power-Sensoranwendungen wie Schalter, Temperatur- und Bewegungsmelder angesiedelt. Das Update des Matter-Standards minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass wenig sendende – und somit Energie sparende - Applikationen fälschlicherweise als „offline“ angezeigt werden.
Für die Entwicklung von Matter-fähigen Anwendungen benötigen Hersteller eine Basis leistungsfähiger Hard- und Software, wie die Entwicklungskits und -tools von Silicon Labs. Der Halbleiterhersteller bietet eine Entwicklungsplattform mit Hardware, Software und Protokoll-Stacks sowie die passenden Entwicklungswerkzeuge. Sie unterstützt viele bekannte Funkprotokolle wie Bluetooth, Zigbee und Thread – und jetzt auch Matter.
Matter – der Smart-Home-Standard
Im Projekt „Connected Home over IP“ (CHIP) haben sich viele namhafte Unternehmen wie Amazon, Apple, Google, Samsung und Halbleiterhersteller wie Silicon Labs zusammengetan, um einen herstellerübergreifenden Standard für Smart Home und IoT zu entwickeln. Am 4. Oktober 2022 wurde als Ergebnis Version 1.0 und am 19. Mai 2023 Version 1.1 des Matter-Standards veröffentlicht.
Diese Arbeit wird nun von der Connectivity Standard Alliance (CSA) weitergeführt, der ehemaligen Zigbee Alliance. Matter soll eine bestmögliche Interoperabilität zwischen Geräten unterschiedlicher Hersteller gewährleisten, damit verschiedene Geräte im Smart Home einfach vernetzt werden können.
Immer aktuell
Die CSA und ihre Mitglieder haben es sich zur Aufgabe gemacht, zweimal im Jahr eine aktualisierte Version des Matter-Standards herauszugeben. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, erkannte Probleme zeitnah in einem neuen Release beheben zu können. Dies ist das Gebot der Stunde bei einem Standard der Tag-täglich in sensible Bereiche – das Smart-Home eingreift.
Wireless SoC plus Software für Matter
Mit den EFRMG24-SoCs der Serie 2 bietet Silicon Labs eine ideale Grundlage für die Entwicklung von Matter-Anwendungen. Die SoCs im kompakten Gehäuse enthalten die zentralen Bestandteile für eine IoT-Anwendung: einen leistungsfähigen 32-bit Microcontroller, einen flexibel einsatzbaren Funk-Transceiver für mehrere Protokolle sowie Verschlüsselungs- und Sicherheitsfunktionen zur Gewährleistung von Daten- und Anwendungssicherheit. Abgerundet wird dies durch steuerbare Low-Power-Funktionen, mit denen energiesparende Anwendungen und lange Einsatzzeiten auch mit Batteriebetrieb möglich sind.
Für die Funkverbindung mit Matter unterstützen die MG24 den Thread-Funkstandard. Alternativ lassen sich auch andere Standards wie Zigbee, Bluetooth Low Energy oder Bluetooth Mesh nutzen.
Neben den EFR32MG24 als SoC bietet Silicon Labs auch vorzertifizierte Module auf Basis des SoCs an. Da hier bereits weitere Komponenten wie Quarz und Antenne integriert und getestet sind, lassen sich diese Module schneller und einfacher in eigene Anwendungen integrieren. Das Modul MGM240P (12,9 × 15,0 × 2,2 mm3) zum Beispiel hat eine integrierte Antenne und bietet 26 GPIO-Pins zum Anschluss eigener Peripherie. Es ist in Varianten mit 10 dBm oder 20 dBm Sendeleistung erhältlich, letztere alternativ auch mit einem HF-Anschluss für eine separate Antenne.
Das ultra-kompakte SiP-Modul MGM240S bietet auf einer Baugröße von nur 7 × 7 mm2 sogar 32 GPIO-Pins. Für die Nutzung der integrierten Antenne ist hier noch eine Massefläche im Platinenlayout einzuplanen, womit die Grundfläche etwa 2/3 des Moduls MGM240P beträgt. Alternativ lässt sich das MGM240S mit bis zu 10 dBm Sendeleistung auch mit einer separaten Antenne verwenden.
Einige technische Daten der EFM32MG24-Familie:
- Cortex-M33-Kern von ARM mit TrustZone mit bis zu 1536 KB Flash-Speicher und 256 KB RAM
- Ultra-Low Power:
- 33,4 μA/MHz im Betrieb
- 1,3 μA im Tiefschlafmodus
- Kommunikationsprotokolle:
- Bluetooth Low Energy 5.3
- Bluetooth Mesh
- Matter
- Thread
- Zigbee
- Funk-Transceiver des MGM240P:
- Empfindlichkeit: –106,0 dBm bei 250 kbit/s O-QPSK, –98,5 dBm bei 1 Mbit/s GFSK
- Sendeleistung: bis zu 19,9 dBm
- Funk-Transceiver des MGM240S:
- Empfindlichkeit: –104,5 dBm bei 250 kbit/s O-QPSK, –97,0 dBm bei 1 Mbit/s GFSK
- Sendeleistung: 10 dBm
Mit dem Simplicity Studio bietet Silicon Labs Entwicklern eine leistungsfähige Entwicklungsumgebung gratis. Sie bringt alle nötigen Stacks für Thread, Zigbee und Matter mit. Der Netzwerkanalysator in Simplicity Studio unterstützt Entwickler auch bei der Visualisierung des eigenen Netzwerkes.
Drei EFR32xG24-Kits für den schnellen Einstieg
Silicon Labs bietet für den schnellen Einstieg drei Kits. Explorer Kit und Dev Kit sind kompakte Module für Rapid Prototyping. Die Module sind jeweils mit einem EFR32MG24 SoC bestückt und verfügen über einen USB-Anschluss mit J-Link Debugger. Zusätzliche Peripherie lässt sich über Pins und einen „qwiic“ Connector anschließen. Das Dev Kit enthält auf der Platine zusätzlich einen Batteriehalter und Sensoren, um schnell und einfach ein Endgerät zu entwickeln.
Drei EFR32xG24-Kits für den schnellen Einstieg in Matter
Die EFRxG24 Pro Kits bieten weitere Möglichkeiten für Entwicklung und Debugging. Neben dem J-Link Debugger bietet die Hauptplatine auch den Advanced Energy Monitor AEM. Mit dem Power Analyser lässt sich der Energiebedarf der Anwendung in Echtzeit erfassen. Der EFR32MG24-SoC ist auf einem separaten Funkmodul bestückt. Durch einen Austausch des Funkmoduls können auch andere SoCs und Module von Silicon Labs mit der Hauptplatine verwendet werden. Weiterhin verfügt die Hauptplatine auch über einen Anschluss, mit dem Entwickler eigene Systeme verbinden und debuggen können.
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