Rewolucja w niskim poborze energii – ESP32-H2 oraz ESP32-H4

Rynek Low Power

Low Power odnosi się do sektora urządzeń i systemów w obszarze Internetu rzeczy (IoT), które cechują się minimalnym zużyciem energii. Pod tym hasłem kryje się wiele połączonych ze sobą urządzeń, takich jak czujniki czy siłowniki. Wszystkie z nich łączy jedna cecha – zostały zaprojektowane w celu optymalizacji zużycia energii, umożliwiając wydajną komunikację, gromadzenie danych i możliwość przetwarzania przy jednoczesnym oszczędzaniu energii. Low Power to kluczowy element Internetu rzeczy, odpowiadający m.in. za prawidłowe działanie Smart Cities, rolnictwa, opieki zdrowotnej i automatyzacji przemysłowej. Niski pobór energii wiąże się przede wszystkim z powszechnym wdrażaniem energooszczędnych i opłacalnych urządzeń o długiej żywotności baterii.

Espressif, postanowił zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na urządzenia bezprzewodowe o niskim poborze mocy, wprowadzając na rynek dwa produkty – ESP32-H2 oraz jego młodszego brata ESP32-H4. Te innowacyjne układy SoC idealnie wpisują się w sektor Low Power, który obejmuje urządzenia IoT zaprojektowane z myślą o minimalnym zużyciu energii i długiej żywotności baterii.

ESP32-H2

Nie będzie przesadą stwierdzenie, że ESP32-H2 to kamień milowy Espressifa. Wszystko ze względu na pozbawienie urządzenia komunikacji Wi-Fi. Oznacza to, że jest to pierwszy produkt Wireless SoC bez tej funkcji, dzięki czemu wpasowuje się w większość współczesnych aplikacji bezprzewodowych krótkiego zasięgu, o wymaganiu ‘low-power’. Usunięcie komunikacji Wi-Fi umożliwia osiągnięcie bardzo niskiego poboru energii, co idealnie wpisuje się w wyżej wspomniany obszar. Układ integruje w sobie najważniejsze technologie łączności dla tych aplikacji:

• Bluetooth 5.3 (punkt-punkt, broadcast, mesh oraz komunikacja z urządzenie mobilnym)
• Standardy IEEE 802.15.4, Thread oraz Zigbee
• Połączona dostępność łączności IEEE 802.15.4 i Bluetooth LE umożliwiająca budowanie urządzeń dla protokołu Matter
• Jednordzeniowy, 32-bitowy mikrokontroler RISC-V, który może być taktowany zegarem do 96 MHz
• 256 KB pamięci SRAM i współpracuje z zewnętrzną pamięcią flash
• 26 programowalnych GPIO z obsługą ADC, SPI, UART, I2C, I2S, RMT, GDMA i PWM.

ESP32-H2 ułatwia także budowanie bezpiecznych podłączonych urządzeń poprzez sprzętowe funkcje bezpieczeństwa, wprowadzając m.in.

• Bezpieczny rozruch oparty na ECC
• Szyfrowanie pamięci flash oparte na AES-128/256-XTS
• Podpis cyfrowy i urządzenie peryferyjne HMAC do ochrony tożsamości
• Akceleratory kryptograficzne dla lepszej wydajności.

W przypadku standardów Thread i Zigbee, ESP32-H2 będzie obsługiwał Thread w wersji 1.x i Zigbee 3.x. Dodatkowo, układ przeszedł testy i uzyskał certyfikację w zakresie zgodności i interoperacyjności z wiodącymi na rynku, referencyjnymi implementacjami Thread. Dodatkowo, ESP32-H2 został certyfikowany jako "Zigbee-Compliant Platform", zgodnie z odpowiednim certyfikatem wydanym przez CSA (Connectivity Standards Alliance).

Warto wspomnieć, że ESP32-H2 jest obsługiwany przez dojrzały IoT Development Framework (ESP-IDF) firmy Espressif, który dodał Thread Software Development Kit, aby pomóc użytkownikom w łatwym tworzeniu aplikacji ESP32-H2. W ten sposób ich klienci skorzystają ze znajomości ich sprawdzonej w praktyce platformy, która zasila już miliony podłączonych urządzeń. Pakiety SDK Espressif Matter/Zigbee/Bluetooth LE również zostały ukończone. Aby je uzyskać, użytkownicy powinni skontaktować się z zespołem obsługi klienta Espressif.

ESP32-H4

Nadal koncentrując się na niskim poborze energii, Espressif Systems postanawia wprowadzić ESP32-H4. Produkt nowej generacji zaspokaja rosnące zapotrzebowanie na urządzenia bezprzewodowe o niskim poborze mocy, oferując znaczące ulepszenia w zakresie zużycia energii, funkcji łączności i możliwości rozbudowy pamięci. Dodatkowo, ESP32-H4 stanowi znaczący postęp dla układów Bluetooth LE firmy Espressif, przechodząc z Bluetooth 5.3 na Bluetooth 5.4.

ESP32-H4 integruje niezbędne technologie łączności, w tym IEEE 802.15.4 i Bluetooth 5.4 (LE), kluczowe dla architektur mesh o niskim poborze mocy, obsługując protokoły Thread 1.3, Zigbee 3.0 i Bluetooth Mesh 1.1. Produkt zawiera również szeroki wachlarz zaawansowanych funkcji, w tym m.in.:

• LE Audio
• LE Isochronous Channels
• Connection Subrating
• Periodic Advertising with Responses (PAwR)
• Direction Finding przy użyciu Angle of Arrival (AoA) I Angle of Departure (AoD), rozszerzający jego potencjalne zastosowania

LE Audio to następna generacja Bluetooth Audio, umożliwiająca strumieniowe przesyłanie dźwięku przez Bluetooth Low Energy. Bluetooth Direction Finding znacznie zwiększa dokładność lokalizacji w porównaniu do pozycjonowania Bluetooth RSSI. PAwR sprawia, że reklama może być dwukierunkowa między urządzeniem sterującym (np. bramą) a tysiącami węzłów o bardzo niskim poborze mocy, co jest przeznaczone do zastosowań detalicznych, takich jak elektroniczne etykiety na półkach, a także do zastosowań magazynowych i łączności z czujnikami.

Znaczące ulepszenia mikrokontrolera i możliwości bezprzewodowych sprawiają, że jest to optymalne rozwiązanie dla zaawansowanych urządzeń do noszenia, urządzeń medycznych, urządzeń LE Audio, czujników o niskim poborze mocy i innych złożonych aplikacji IoT. Integracja łączności IEEE 802.15.4 i Bluetooth LE wraz z niskim zużyciem energii ułatwia tworzenie urządzeń o wydłużonej żywotności baterii. Jest to idealne rozwiązanie dla zasilanych bateryjnie urządzeń Matter over Thread.

Zastosowanie produktu

• Dwurdzeniowy, 32-bitowy mikrokontroler RISC-V taktowany zegarem do 96 MHz
• 320 KB pamięci SRAM, 128 KB pamięci ROM oraz obsługa zewnętrznej pamięci Flash
• Obsługa do 4 MB pamięci PSRAM, zapewniająca większą elastyczność zarządzania pamięcią
• Integracja do 35 GPIO, obejmując standardowe peryferia mikrokontrolera, takie jak: I2S, SPI, UART, LED-PWM, ADC, timery, DMA, TWAI, USB-OTG, MCPWM

ESP32-H4 umożliwia tworzenie urządzeń o niskim poborze mocy zasilanych bateryjnie dzięki zintegrowanemu zasilaczowi DC-DC, znacznie optymalizując zużycie energii przez SoC poprzez wydajną regulację napięcia i niższe napięcie zasilania, w połączeniu z selektywną aktywacją urządzeń peryferyjnych w trybach niskiego poboru mocy, umożliwiając wydłużenie żywotności baterii.

W kwestii bezpieczeństwa ESP32-H4 nie różni się znacząco od H2, integrując funkcje takie jak bezpieczny rozruch, szyfrowanie pamięci flash i akceleratory kryptograficzne, zapewniając ochronę kluczy prywatnych.

ESP32-H4 będzie wspierany przez solidny IoT Development Framework (ESP-IDF) firmy Espressif, umożliwiając klientom wykorzystanie istniejącej wiedzy na temat platformy. Co więcej,ESP-Matter-SDK będzie zawierał obsługę ESP32-H4, ułatwiając tworzenie zasilanych bateryjnie produktów obsługujących Matter. W przypadku pytań dotyczących ESP32-H4 SoC, zalecany jest kontakt z zespołem obsługi klienta SOYTER.

Espressif, jako firma posiadająca liczne certyfikaty dla własnych produktów, doskonale zdaje sobie sprawę z ich znaczenia dla sprzedaży międzynarodowej. Dzieląc się tym doświadczeniem ze swoimi klientami korporacyjnymi, mogą zapewnić im niezbędne wsparcie w uzyskaniu różnych certyfikatów dla ich własnych produktów. Mają ustalony program wsparcia certyfikacji, który obejmuje między innymi Wi-Fi CERTIFIED™, Bluetooth SIG, CSA, Thread Group, SRRC, FCC, CE, TELEC, KCC, NCC, IC, RoHS, REACH itp.