解決物聯網設備互操作性難題的方案

在智能家居應用中，市面上已經出現各式各樣的物聯網設備，但這些設備之間所支持的協議較為多樣且復雜，導致不同品牌的設備往往不具備互操作性，造成用戶在使用上的困擾。本文將為您介紹用于智能家居物聯網設備的Matter協議的特性與發展，以及由艾睿電子統合NXP、Murata、ST的整體解決方案。

不同智能家居設備面臨著互操作性挑戰

智能家居和樓宇中的物聯網設備通過多個本地網絡相互連接，并連接到云端進行數據處理和存儲。但如果沒有統一的語言，用戶體驗就不是最佳的，并且設備管理可能會很復雜。

目前的智能家居設備正面臨著互操作性挑戰，用戶可能需要連接市面上超過100種以上的物聯網設備，這些設備可能采用超過30種以上的協議，并采用有線和無線方式進行連接，這都對物聯網設備之間的互操作性帶來挑戰。

Matter協議是由連接標準聯盟（Connectivity Standards Alliance, CSA）推出，提供了一個通用標準來簡化和統一物聯網連接，無論設備的平臺和品牌如何。在智能家居中，聯網設備基于Wi-Fi、Thread或以太網技術運行，每個設備在Matter網絡中都有特定的角色，這些設備可以是終端設備、路由器／網橋或控制器。

Matter項目的目標是簡化制造商的開發并提高消費端的兼容性，該項目圍繞一個共同信念而建立，即智能家居設備應該安全、可靠且無縫使用。該項目以互聯網協議（IP）為基礎，旨在實現智能家居設備、移動應用程序和云服務之間的通信，并為設備認證定義一組特定的基于IP的網絡技術。

Matter可為智能家居生態系統帶來互操作性，提高消費者的可靠性，確保安全和隱私，并簡化物聯網設備的開發流程。對于消費者來說，Matter幫助他們可使用一個App控制所有支持Matter協議的設備，提升了操控體驗；對于廠商來說，使用一套硬件就可以滿足所有的用戶的需求；對于服務商來說，從此可不再限制于特定的廠商，可在更多的廠商中選擇產品。

有越來越多的開發者更看重Matter物聯網設備平臺，這是因為Matter物聯網設備具備跨品牌的互操作性，Matter可實現整個智能家居領域的無縫通信，以往開發人員必須為其設備選擇單一智能平臺（例如HomeKit、Alexa或Google Assistant），這種選擇影響了兼容性和銷售。借助Matter技術，開發人員可以使用跨品牌的統一平臺來設計他們的設備。例如，支持Matter的設備可以與Samsung SmartThings和Apple HomeKit配合使用。

許多以往支持HomeKit的硬件也開始支持Matter，與Matter的合作意味著Apple HomeKit擁有更多硬件選擇，開發人員可以創建像HomeKit設備一樣運行的設備，并保持與現有HomeKit應用程序、Siri和控制界面的兼容性。

采用Matter可以統一開發框架，Matter為用戶提供共享的智能家居界面，開發人員可以使用同一平臺構建支持Matter的設備，確保一致且響應靈敏的本地連接，這種統一的開發框架簡化了創建智能家居產品的過程。

Matter并具有向后兼容性，Matter允許舊的HomeKit設備與支持Matter的新設備無縫集成，用戶可以繼續使用現有的HomeKit設備和Matter設備，而不會造成中斷。

綜上所述，Matter提供了更廣泛的生態系統、交叉兼容性和一致的開發體驗，使其成為旨在進入Apple Home生態系統開發者具有吸引力的選擇。

為了縮短產品的開發周期，艾睿電子使用NXP、Murata、ST的解決方案開發了Matter生態系統參考設計。其中使用了NXP用于Thread板路由器的i.MX 8M和i.MX 93，以及Murata用于無線協同處理器的Type 2FR和Type 2EL，用于Wi-Fi端節點的Type ABR和Type 2HV，以及用于Thread/Wi-Fi端節點的Type 2FR，還有ST用于OpenThread終端節點的STM32WB，以下將為您介紹這些解決方案的功能特性。

滿足廣泛應用需求的應用處理器

NXP的i.MX 8M系列應用處理器是基于Arm Cortex-A53和Cortex-M4內核，具有先進的音頻、語音和視頻處理功能，適用于從消費類家用音頻到工業樓宇自動化及移動計算等廣泛應用。

i.MX 8M支持高品質視頻，提供全4K UltraHD分辨率和HDR（Dolby Vision、HDR10和HLG），可提供高水平的專業音頻保真度，具有20多個音頻通道，每個通道384KHz，支持DSD512音頻功能，適用于無風扇運行，散熱系統成本低，電池使用壽命較長，并具有靈活的存儲器選項，其最新的高速接口可提供靈活連接，NXP并提供10年和15年產品長期供貨計劃的全面支持，i.MX 8應用處理器是NXP EdgeVerse邊緣計算平臺的一部分。

NXP的i.MX 93應用處理器則是通過集成的EdgeLock安全區域提供高效的機器學習（ML）加速和高級安全，以支持高能效的邊緣計算。i.MX 93應用處理器是i.MX系列中首個集成了可擴展的Arm Cortex-A55內核的產品，有助于提高Linux邊緣應用及Arm Ethos-U65 microNPU的性能與能效，助力開發人員打造功能更強大、更具成本效益、更節能的ML應用。

i.MX 93處理器采用NXP創新的Energy Flex架構，可優化工業、物聯網和汽車設備的性能與能效。SoC針對汽車、工業和消費電子物聯網細分市場提供豐富的外設。作為EdgeVerse智能邊緣解決方案的一部分，i.MX 93系列提供消費電子、工業、擴展工業和汽車級認證的產品，并由NXP產品長期供貨計劃提供支持。

高度集成的無線網絡控制器模塊

Murata的Type ABR則是基于NXP 88MW320（無線微控制器）的小型模塊（集成PCB天線），支持Wi-Fi 802.11 b/g/n高達72.2 Mbps PHY數據速率，并具有用于主機端應用的集成200MHz ARM Cortex-M4F MCU。Type ABR的尺寸僅有22.0 x 19.0 x 2.4 mm（典型），集成PCB天線和U.FL連接器，模塊上的SPI閃存高達2MB，支持UART Wi-Fi主機接口和GPIO控制，通過FCC/IC認證，并可提供CE測試報告。

Type ABR通過其集成的ARM Cortex-M4F MCU輕松實現獨立的消費類應用，通過NXP強大的EZ-Connect工具（WMSDKA）允許客戶快速、輕松地定制他們的解決方案。除了獨立的WMSDKA配置外，NXP還提供MCUXpresso集成解決方案，其中可與Murata的ABR mikroBUS EVB與LPCXpresso55S16/28/69開發板搭配使用。Type ABR模塊可通過WMSDKA固件支持的簡單串行接口，為NXP LPC MCU提供WLAN鏈路。

Murata Type 2EL是一款基于NXP IW612組合芯片組的小型高性能模塊，支持Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac/ax，以及Bluetooth 5.3 BR/EDR/LE + 802.15.4，支持高達601Mbps Wi-Fi上的PHY數據速率和Bluetooth上的2Mbps PHY數據速率。WLAN部分支持SDIO v3.0 DDR50接口，Bluetooth部分支持高速4線UART接口和用于音頻數據的PCM。Type 2EL模塊采用令人印象深刻的小型屏蔽外形尺寸封裝，有助于集成到尺寸和功耗敏感的應用中，例如物聯網應用、手持無線系統、網關等。

Murata的Type 2FR/2FP則是一款MCU結合Wi-Fi/BLE/Thread的無主機模塊，采用NXP RW612/RW610芯片組，內置260 MHz Arm Cortex M33 MCU，結合802.11 a/b/g/n/ac/ax，以及BLE 5.3與Thread（僅限2FR），最大尺寸僅有12.0 x 11.0 x 1.5 mm，支持以太網802.3（有線）、SDIO 3.0（WLAN）、USB-OTG、I2C、I2S、SPI、USART，并支持FCC/IC/TELEC“參考”認證（待定）與CE施行測試報告（待定），提供單或雙（獨立BLE/（僅限Thread-2FR））天線配置，以及U.FL連接PCB天線或Murata定制的PCB走線天線選項。

Murata也推出Type 2FR評估套件（EVK），具有復位按鈕與兩個用戶定義的按鈕，以及5個可配置LED，EVK的板載PCB天線即將獲得認證，內置PIR運動和溫度I2C傳感器，支持mikro-BUS、Arduino、PMOD、I2C、擴展接口，以及USB調試／控制臺、USB OTG，具有ARM 10針接口（SWD或JTAG），可通過跳線配置啟動控制，具有QSPI閃存與32 KHz慢速時鐘、電流測量跳線（電阻選項）、以太網端口。

Type 2HV則是Murata最新的低成本物聯網Wi-Fi/BT無主機模塊，它集成了無線連接和網絡協議棧，提供超低功耗，使其成為物聯網應用的理想選擇。Type 2HV憑借高達160MHz的集成超低功耗32位ARM MCU，輕松實現獨立消費類應用，并具有2MB閃存和288KB RAM內存。它提供多種通信接口，包括UART/I2C/SPI和各種GPIO，Type 2HV SDK允許客戶快速輕松地定制他們的解決方案。

用途多樣的雙核多協議無線微控制器

ST的STM32WB系列是雙核多協議無線STM32WB微控制器，支持Bluetooth Low Energy、Zigbee、Thread和Matter連接，STM32WB無線微控制器基于以64 MHz運行的Arm?Cortex‐M4內核（應用處理器）和以32 MHz運行的Arm Cortex‐M0+內核（網絡處理器），是一種自給自足型解決方案。該系列微控制器采用片上系統（SoC）封裝，其中嵌入了連接功能和一個通用微控制器。

STM32WB提供經過認證的Bluetooth Low Energy 5.4無線電協議棧、Bluetooth SIG配置文件，以及符合V1.0標準的Mesh拓撲。STM32WB SDK還支持面向Bluetooth Low Energy解決方案（包括Zephyr和Arm Cordio協議棧）的主機控制器接口（HCI）。STM32WB支持IEEE 802.15.4標準（Zigbee和Thread），以及IEEE 802.15.4 MAC層，支持設計人員采用任何專有協議。

STM32WB還支持Zigbee（Zigbee PRO 2017），其占用空間經過優化，可支持所有Zigbee網絡拓撲。Zigbee RFD和FFD涵蓋了終端設備、協調器和路由器角色。此外，還支持OpenThread，該技術已加入到所有MTD、FTD和邊界路由器中。它涵蓋了休眠終端設備（SED）、路由器和領導者角色，因此也支持網關基礎設施。該系列微控制器提供多種經過認證的配置，可在尺寸和OTA功能方面提高設計自由度，從而實現平臺優化。

STM32WB MCU支持Matter協議，在Matter網絡中，Bluetooth Low Energy用于調試設備，它可以在動態并發模式下與Thread協議同時運行。STM32WB多協議MCU可以在并發模式下同時運行Bluetooth Low Energy 5.4與802.15.4無線協議、Zigbee或OpenThread協議。這有助于在安裝和配置過程中更方便地管理設備，顯著提升整體用戶體驗。

STM32WB MCU集成式解決方案不僅具有連接功能，還包括無線應用MCU處理器，可簡化設計工作，可借助Bluetooth Low Energy 5.4技術打造創新設備，輸出功率超出10 dBm，可擴展遠端通信范圍，支持設備通信廣播擴展，延長電池壽命，可確保快速、可靠的數據傳輸，提升應用效率（測評分數達到407 CoreMark），并保護IP和隱私（已通過SESIP3認證），提供成熟的STM32Cube生態系統，可加快產品上市速度。

結語

通過Matter協議的推出，解決了物聯網設備之間的互操作性問題，將有助于提高用戶采用這些設備的意愿，可望加速智能家居等應用的普及，市場發展將極具潛力。艾睿電子集成了NXP、Murata與ST的解決方案，并推出多款參考設計，將可加快客戶開發相關產品的速度，若想知道更多細節，請直接與艾睿電子聯系。