SoM加速Matter突破通訊障礙

物聯網(IoT)重新定義了我們與裝置、世界甚至家庭的互動方式。現代智慧家庭很可能包括許多智慧型裝置，如照明、控制面板、暖氣、通風、空調(HVAC)及保全系統，每種裝置的製造商可能都並不相同。IoT日益普及，各種連接標準皆努力爭取智慧家庭市場占有率，其中，低功耗藍牙(BLE)、Wi-Fi和Thread成為各家製造商的首選。然而，即使是最主流的無線射頻協定也無法互通，因此過往在設計無縫、互聯的智慧家庭方案時將遭遇困難。

為了克服設計者和消費者面對彼此競爭的無線射頻協定時所遇到的互操作性挑戰，科技業團結起來，藉由連接標準聯盟(CSA)開發Matter標準。Matter能與現行智慧家庭技術如Thread、Wi-Fi和有線乙太網路協定相容，透過在通訊協定堆疊上新增統一的應用層，使智慧家庭裝置能安全可靠地相互通訊。Matter標準讓使用不同無線射頻的無線協定裝置之間的介面能夠更加流暢，並為設計者與消費者提供更多彈性和選擇。

路由器是所有智慧家庭的關鍵組件。路由器使存取網路成為可能，同時讓不同網路的裝置得以進行通訊，透過無線Wi-Fi或有線乙太網路連接。系統級模組(System on Module, SoM)能夠加速Matter解決方案開發，本文將舉Microchip Technology的SAMA5D27評估套件為例，說明如何採用SoM建立IoT邊界路由器，將Matter整合到一項創新居家專案。該組套件包括SAMA5D27基板、焊接在基板上的SAMA5D27 SoM1(系統級模組)以及焊接在SoM上的SAMA5D27系統級封裝(SiP)。此外，也將Linux發行版映像檔寫入SoM以完成建構。

使用基於SoM的方法建立Matter方案

在建立智慧家庭方案時，將Matter與支援Linux的嵌入式處理器(例如SAMA5D27 SoM)整合，可帶來諸多優勢。在邊界路由器使用Matter和基於SoM的方式越來越普遍，它們能作為外部網際網路和智慧家庭網路之間的閘道，允許透過藍牙無線技術註冊裝置，並實施安全層以確保內部網路的安全。

SAMA5D27評估套件提供了運行速度達500MHz的Arm Cortex-A5 32位元處理器，該處理器安裝在結合了A5處理器和各種周邊配備的SAMA5D27 SOM1上(圖1)，包括：Arm Cortex-A5處理器，配有浮點和單一指令多重資料(SIMD)單元；電源管理；1GB的雙倍資料速率(DDR)；64Mb四線模式序列(QSPI)快閃記憶體；10/100 Base T乙太網路PHY；103輸入/輸出(I/O)，連接至處理器的I/O，支援串列周邊介面(SPI)、內部整合電路(I2C)、通用非同步收發器(UART)、控制器區域網路(CAN)、安全數位輸入輸出(SDIO)、類比數位轉換器(ADC)介面。

SoM簡介及優點分析

SoM這個概念能夠減少開發時間和風險，目前相當引人注目且迅速成長。SoM最基本的形式是整合特定系統功能的板件層級電路，整合了電源、時鐘、揮發性和非揮發性記憶體，同時也將I/O線路分出，以便連接SoM與特定應用的載卡。

SoM成為系統核心，方案的其他部分皆圍繞著它進行開發。正確架構的SoM型選項為開發者提供各種方案。

使用SoM型方案最大的優點，是能夠減少開發者的風險，並在開發初期提高方案的技術準備度(TRL)。TRL允許專案團隊在1~9的尺度上測量系統中技術組件(Technology Component)的成熟度，9表示技術最成熟且風險最小，以此判斷該系統是否已預備可投入部署。

開發者能使用SoM開發出符合TRL 5的方案。SoM先經過SoM製造商設計、測試並認證後才上市。這使得開發者能專注於包含增值活動的載板設計。除了實體硬體元件，SoM製造商也能提供其他開發工具，包括嵌入式Linux作業系統、電路圖，以及說明如何將SoM設計到載卡的使用手冊，還有可用於開發的範例專案和設計。

此外，使用現有的SoM，開發者得以從一開始就使用SoM，因此可大幅縮短專案開發時間。如此一來，應用電路就能具備更高的TRL，進而降低工程總成本。由於SoM的設計已通過實證，軟體開發也會輕鬆許多。

使用結合Matter和基於SoM的方式還有其他幾項市場優勢，例如能率先上市、搶得較大的市場占有率及提高利潤。開發者更能因此提前計畫次世代產品，並對目前部署的單位進行潛在現場升級計畫。

Microchip Technology提供的評估套件，能評估並開始使用SAMA5D27 SoM1進行開發。SAMA5D27 SoM1將SoM1安裝在包含數個周邊配備的基板上，使開發者能展現SoM1的功能。這些周邊配備包括：乙太網路、Digilent Pmod介面、SD卡、兩個mikroe Click插座(支援SPI、I2C、電流感應(PWM)或串列通訊)、除錯、通用I/O、USB、CAN。除錯功能由透過USB連接的板上J-Link除錯器提供。這些外設使開發者得以進行原型設計並減少應用開發的風險。

選定作業系統輕鬆開發

當然，若要充分運用硬體，還需要一套作業系統(OS)。以SoM1為例，使用Linux發行版(如Ubuntu或OpenThread)，就能在SoM1上編譯並部署所選擇的OS。這個流程的第一步，是使用一台Linux機器或虛擬機器，並在該機器上複製所需的原始碼：at91bootstrap開機載入程式、U-Boot第二階段開機載入程式原始碼，以及Ubuntu原始碼。

如此一來就能建立Ubuntu核心和開機載入程式。此外，還需要包含一套Linux檔案系統(通常稱為rootfs)以及描述SoM1和包含在作業系統映像中的開發板上的處理器和外設配置的設備樹。

有了建置成果和rootfs，就能將映像寫入分割後的SD卡。一旦映像檔寫入SD卡，就能用來啟動SoM1，接著Ubuntu Linux發行版的啟動將允許登入。一旦登錄後，使用者就能開始開發目標應用，無論是簡單的「hello world」，或是採用Matter等框架、應用於智慧家庭的複雜IoT邊界路由器。

一旦自訂了作業系統並將其部署到SoM上，開發團隊就能開始建置應用程式。使用藍牙無線技術註冊裝置，可以將Wi-Fi和乙太網路用於高頻寬應用，並將Thread作為網狀網路，用於低頻寬通訊。建置Matter的原始碼可以在GitHub上找到。當作業系統在SoM上運作後，智慧家庭方案開發者就能著手開發。

SoM助Matter快速進入市場

Matter標準是為了解決設計者和消費者在智慧家庭中面對不同無線射頻協定的互操作性挑戰而開發，該標準使得使用不同無線射頻的無線協定裝置之間的通訊更為流暢，並為設計者與消費者提供更多彈性和選擇。將Matter整合到Linux支援的嵌入式處理器中(例如SAMA5D27 SoM1中的處理器)，有助於打造智慧家庭IoT邊界路由器方案。採用基於SoM的方式能降低技術風險、提升技術成熟度、節省開發時間和精力，又能帶來市場優勢，包括率先進入市場、擴大市場占有率及提高潛在利潤。

(本文作者為貿澤電子特約作家)