модуль GS2101

Перспективные модули Wi-Fi для IoT от компании Telit

№ 01’2018
PDF версия
В статье представлены как серийные модули GainSpan (теперь выпускающиеся под брендом Telit), так и перспективные модули из серии WE866.

Год назад компания Telit приобрела GainSpan — известного американского производителя встраиваемых модулей Wi-Fi [1]. За это время была произведена обширная работа по интеграции продукции GainSpan в линейку Telit, а также проявились основные тенденции по развитию Wi-Fi в объединенной компании. Для Telit является традицией при приобретении нового бизнеса не снимать старую линейку с производства, а выпускать ее достаточно долгое время, при этом проводя разработки по интеграции вновь полученных технологий в стандартный модельный ряд. Так происходит и в этом случае.

Основным продуктом GainSpan является система на кристалле (System on Chip, SoC) GS2000. Архитектура GS2000 показана на рис. 1. Микросхема имеет два вычислительных ядра Cortex M3 с частотой 20–120 МГц, одно из которых обеспечивает работу стека протоколов 802.11 b/g/n, а второе может использоваться для пользовательских приложений. На борту имеется по 1 Мбайт ПЗУ и ОЗУ, предусмотрено подключение до 16 Мбайт внешней flash-памяти. Также GS2000 содержит большое количество внешних интерфейсов: высокоскоростной SDIO (до 40 Мбит/с), три SPI (до 30 Мбит/с), три UART, I2C, I2S, 38 портов ввода/вывода, 16-битные и 12-битные АЦП, ЦАП и ШИМ.

Структурная схема GS2000

Рис. 1. Структурная схема GS2000

Чип обеспечивает поддержку 802.11 b/g/n на скорости до 72 Мбит/с. Также имеется аппаратная поддержка 802.15.4, но она пока не реализована на уровне прошивки. GS2000 имеет в своем составе криптомодуль, поддерживающий алгоритмы WPA2, TLS 1.2, ECC и RCA. GS2000 существует в двух модификациях — в 124-выводном корпусе QFN габаритами 9×9 мм и в 68-выводном QFN 8×8 мм. 68-выводный вариант имеет несколько сокращенный вариант набора интерфейсов. А 124-выводная модификация имеет механизмы расширенного управления энергопотреблением. Благодаря этому модули на базе GS2000 обладают примечательными характеристиками в своем классе:

  • в спящем режиме потребление составляет 0,26–8,4 мкА;
  • выход из спящего режима по таймерам, внешним событиям или команде из сети;
  • в активном режиме модуль потребляет 95–270 мА;
  • среднее потребление тока за длительный период 10–18 мкА (режим клиента точки доступа).

Таким образом, изделие на основе GS2000 может работать от одной батарейки до нескольких лет и при этом передавать данные по Wi-Fi.

Использование GS2101 в Apple HomeKit

Рис. 2. Использование GS2101 в Apple HomeKit

На базе GS2000 разработаны два модуля: GS2101 [2] и GS2200 [3] (табл. 1). GS2101 построен на базе 68-выводного варианта чипа, поэтому стоит дешевле, но он не поддерживает расширенные режимы энергосбережения и поэтому рекомендуется для применений с внешним питанием. В качестве простого примера применения GS2101 рассмотрим экосистему Apple HomeKit (рис. 2). Модули Telit интегрируются в различные устройства «умного дома», контролировать и управлять которыми возможно удаленно, при помощи устройств Apple. Как показывают приведенные в табл. 1 данные, протокол Apple HomeKit поддерживается модулями Telit, поэтому интеграция модулей Wi-Fi будет существенно упрощена.

Таблица 1. Модули Wi-Fi компании Telit

Параметр

GS2101

GS2200

WE866A1

WE866C3

WE866E2

WE866E4

Чипсет

GS2000

Qualcomm

Диапазоны, ГГц

2,4

2,4/5

Стандарты Wi-Fi

802.11 b/g/n

802.11 ac/a/b/g/n

802.11 a/b/g/n

Режимы работы

Клиент точки доступа;

точка доступа;

конкурентный режим

Точка доступа (до четырех клиентов);

клиент точки доступа;

Wi-Fi direct

Конкурентный режим

Клиент точки доступа;

точка доступа;

конкурентный режим;

Wi-Fi direct

Конкурентный режим (точка доступа + клиент);

конкурентный режим (Wi-Fi+BLE);

Wi-Fi direct;

BLE&mesh

Стандарты Bluetooth

BLE 4.2

BLE 5

Загрузка приложений пользователя

Есть

Нет

Есть

Сетевые сервисы

HomeKit, IPv4, IPv6, TCP, UDP, DHCP, DNS, SNTP, HTTP/S, MQTT, mDNS, DNS-SD, XML/JSON

IPv4, IPv6, TCP, UDP, DHCP, DNS, SNTP, HTTP/S

Реализуются
на внешнем процессоре

HomeKit, IPv4, IPv6, TCP, UDP, DHCP, DNS, SNTP, HTTP/S, MQTT, mDNS, DNS-SD, XML/JSON

Интерфейсы

SDIO, SPI, UART, I2C, GPIO, АЦП, ШИМ, JTAG

SPI, UART

SDIO 3.0, UART/PCM

USB, SPI, UART, I2C, I2S, GPIO, АЦП, ШИМ, JTAG

Объем flash-памяти, Мбайт

4

4

Антенна

Встроенная или антенный разъем

Контакт

Встроенная

Встроенная или антенный разъем

Внешняя

Напряжение питания, В

2,7–3,6

3,1–4,5

3,3

Температурный диапазон, °С

–40…+85

–40…+70

–40…+85

Габариты, мм

18×25

13×18

15×19

15×13

15×19 (без антенны),

15×25 (с антенной)

15×19

Статус

Выпускается

В разработке

GS2200 создан на базе 128-выводного GS2000 и поэтому способен полностью раскрыть потенциал чипсета. На рис. 3 показана структура веб-камеры с передачей данных по Wi-Fi, ядром которой как раз является GS2200. Быстродействие модуля GS2200 позволяет обрабатывать и отправлять видеопоток с разрешением 1080p, а режимы энергосбережения — питать все изделие от одной батареи емкостью 2000 мА/ч.

Модуль Telit GS2200 в системе видеонаблюдения

Рис. 3. Модуль Telit GS2200 в системе видеонаблюдения

И GS2101, и GS2200 имеют модификации как со встроенной антенной, так и с разъемом под внешнюю антенну, благодаря чему расстояние, на которое могут передаваться данные, может достигать 180 и более метров (рис. 4).

Зависимость уровня сигнала и скорости передачи данных от расстояния

Рис. 4. Зависимость уровня сигнала и скорости передачи данных от расстояния

Несмотря на выдающиеся характеристики модулей серии GS2000, их формфактор сильно отличается от стандартных форматов модулей Telit. Поэтому было принято решение продолжать производство GS2200 и GS2101, но при этом новые Wi-Fi-модули будут разрабатываться в широко известном формате xE866 [4]. Один из таких модулей уже выпускается — WE866A1 [5] (см. табл. 1). Это так называемый модуль-компаньон, который предназначен для совместного использования с модулями сотовой связи Telit [4].

На рис. 5 показана типичная схема соединения WE866A1. Ведущим в связке является модуль сотовой связи (любой модуль Telit c поддержкой AppZone), в него загружается специальное приложение для работы с WE866A1. Передача данных идет по интерфейсу SPI, плюс используется несколько линий ввода/вывода для управления взаимодействием. При этом используются сетевые стеки, имеющиеся уже в модуле сотовой связи, WE866A1 выступает в роли трансивера и поддерживает нижние уровни 802.11 b/g/n. На верхних уровнях модуль может выступать как точкой доступа (с ограничением до четырех клиентов), так и клиентом (обеспечивая экономию трафика сотовой связи при наличии Wi-Fi).

Модуль-компаньон WE866A1

Рис. 5. Модуль-компаньон WE866A1

Еще один аналогичный модуль-компаньон WE866C3 находится в стадии разработки. Его отличием от предшественника будет поддержка высокоскоростного протокола 802.11 ac, причем в двух диапазонах — 2,4 и 5 ГГц. Поскольку SPI недостаточно для обеспечения высоких скоростей передачи данных, для обмена данными с внешним процессором будет использован SDIO 3.0. Также WE866C3 поддерживает Bluetooth версии 4.2, причем передача данных по Bluetooth идет по UART.

Еще два разрабатываемых модуля в формате WE866 — это WE866E2 и WE866E4. Это тоже двухдиапазонные 2,4/5-ГГц модули, но их архитектура позволит загружать приложения пользователя, по аналогии с GS2000. WE866E4 также будет поддерживать и Bluetooth 5.0. Набор сетевых протоколов обоих модулей идентичен набору, использующемуся в GS2000, на основании чего можно предположить, что Telit планирует использовать программные наработки GainSpan, сделанные ранее. В табл. 2 показаны типы микроконтроллеров, для которых Telit предоставляет драйверы или исходные коды для работы с модулями Wi-Fi. Перечень довольно обширный, и он постоянно дополняется с тем, чтобы максимально удовлетворить все запросы потребителей.

Таблица 2. Программная поддержка различных микроконтроллеров

Производитель

Тип

Интерфейсы

Стек Telit

Внешний стек

IDE

ОС

Renesas

RL78

UART/SPI

X

 

IAR

RX600/RX700

UART/SPI

X

 

IAR

RX600/RX700

SPI

X

 

E2 Studio

RX600/RX700

SPI

 

X

IAR

Micrium uC/OS-II

RX200

UART

X

 

IAR

RX100

SPI

X

 

IAR

SH series

SDIO

X

 

HEW

RZ

SDIO

X

 

IAR

RZ

SDIO

 

X

IAR

ThreadX

Sinergy

SPI

X

 

E2 Studio

Sinergy

SPI

 

X

IAR

ThreadX

Sinergy

SDIO

 

X

IAR

Linux

Freescale

Kinetis K60/K53/K40

UART/SPI

X

 

IAR

Kinetis K60/K53

UART/SPI

 

X

CW/ IAR

MQX 4.1

Kinetis L

UART/SPI

X

 

IAR

Kinetis (with KSDK)

UART/SPI

X

 

IAR

Kinetis (with KSDK)

UART/SPI

 

X

IAR

MQX

i.MX

SDIO

X

 

IAR

Linux

i.MX

SDIO

 

X

IAR

Linux

NXP

LPC17/18/40/43

UART/SPI

X

 

IAR

LPC17/18/40/43

SDIO

X

 

IAR

STMicro

STM32

UART/SPI

X

 

IAR

STM32

SDIO

X

 

IAR

Atmel

AVR

UART/SPI

X

 

IAR

Microchip

PIC 24

UART/SPI

X

 

Hi Tech

PIC 32

UART/SPI

X

 

Hi tech

TI

MSP430

UART/SPI

X

 

CC

LM3Sxxx

SPI

X

 

IAR

Литература
  1. www.telit.com/wp-content/uploads/2017/06/Telit_acquires_Silicon_Valley_based_GainSpan_leader_in_ultra-low-power_Wi-Fi_1_February_2017_RNS_FINAL.pdf.
  2. www.telit.com/products/wifi-and-bluetooth-modules/gs2101m.
  3. www.telit.com/products/wifi-and-bluetooth-modules/wi-fi-gs2200m.
  4. Рудневский А. Новая концепция унификации Telit: «гнездовая» система в семействе xE866 // Беспроводные технологии. 2016. № 2.
  5. www.telit.com/products/wifi-and-bluetooth-modules/wi-fi-we866a1-p.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.