Počítače jsou jako zařízení v našich domácnostech postupně nahrazovány „chytrými předměty“, které již nebudou tolik vyžadovat (odvádět) naší pozornost, ale přesto stále a nenápadně pomůžou s každodenními povinnostmi. Jsou maličké a jejich činnost mnohdy ani nezaregistrujeme. Odhadovaný počet v roce 2020 se sice různí, ale čísla to budou moc pěkná. Stejně jako příležitost pro vývojáře, kteří nastupující vlnu internetu věcí, IoT, dokážou uchopit za ten správný konec. Nebo spíše začátek?
Rozměry takových „krabiček“ se již musí jen a jen zmenšovat, což by mělo ostatně platit i o jejich ceně nebo spotřebě el. energie. Vždyť je v mnoha případech napájíme právě z baterií. A nezahálí ani distributoři. Tak třeba Codico nabízí dvojici Wi-Fi modulů, které jsou pro tyto účely jako stvořené. Za jejich vývojem stojí firma Qualcomm a my si v následujícím textu ukážeme některé z jejich předností.
Referenční návrh s balíčkem podpory
K jednopásmovému Wi-Fi modulu DNSA-141, představenému v minulém roce, přibyl nyní druhý s podporou 2,4 GHz a 5 GHz a možností diverzitního provozu v nižším pásmu. Nese označení DNSA-144.
Třebaže oba moduly vyrábí a nabízí firma Wistron, svůj pravý původ nezapřou. Budou totiž založeny na referenčních Wi-Fi návrzích Qualcomm SP141 a SP144. Na tomto základě pak Wistron vystupuje coby ODM výrobce (Original Design Manufacturer), který jednotlivá specifika referenčního návrhu zachovává a vše podle nich i přesně vyrábí.
Zatímco bude Wistron dodávat hardware, Qualcomm zajistí exkluzivní technickou podporu a vývojové desky. K tomuto účelu zároveň slouží i speciálně zřízená stránka, na které si mohou vývojáři stáhnout kompletní podpůrný balíček – dema, drivery, datasheety, uživatelské příručky apod. Oba kity si pak mohou zájemci objednat on-line od společnosti Codico.Jako černá skříňka
Oba moduly vychází ze stejných Wi-Fi součástí QCA4002 (DNSA-141) a QCA4004 (DNSA-144) Qualcomm s vysokou mírou integrace – viz obr. 1. O rychlé a také jednoduché spojení se systémovým prostředím založeným na MCU se stará rozhraní SPI. Pro tyto účely pak bude nutné na host MCU naportovat odpovídající open source API drivery, které máme na výše zmíněné stránce podpory dostupné v kódu C.
Obr. 1: QCA4002/4 a jejich architektura
V obou případech vývojáře potěší, že kompletní TCP/IP protocol stack společně s vyššími protokoly jako jsou HTTP, DHCP a DNS byly dohromady se šifrováním již integrovány do modulů QCA4002/4. Ve výsledku tak nejsou požadovány žádné hlubší znalosti z oboru Wi-Fi a vývojáři se proto mohou soustředit spíše na klíčové aplikace běžící na jejich host mikrokontroléru. QCA4002/4 zde pracuje jako „černá skříňka“ realizující veškeré síťové procesy s využitím svého vlastního CPU, třebaže ji přitom lze řídit i z vnějšku.
Obr. 2: Softwarová architektura QCA4002/4
Softwarovou architekturu modulů QCA4002/4 vidíme na obr. 2. Veškeré protokoly a funkce pod červenou čárou pokrývá integrovaný síťový procesor a hardware (MAC a PHY), zatímco na host MCU dostávají prostor API (Application Programming Interface) spolu s aplikacemi.
Naznačují to ostatně i šipky – API zde umožňuje přímý přístup ke každé jednotlivé vrstvě protokolu a nechává tak samotné uživatele spravovat distribuci funkcí protokolu mezi host MCU a QCA4002/4. Můžeme tak např. obejít celý TCP/IP stack a adresovat MAC a PHY rovnou z host mikrokontroléru, bude - li si kupříkladu uživatel přát použít v operačním systému svůj vlastní stack.
Pěkně pohromadě
Třebaže již prvky QCA4002/4 obsahují několik vf součástek, najde se stále řada těch, kteří od vlastního návrhu vf části a navazujících kalibračních a certifikačních procedur dávají spíše ruce pryč. Zbytečné obavy. Výsledné řešení s oběma moduly totiž přináší možnost rychlé, jednoduché a cenově přijatelné integrace celého systému.
Obr. 3: Modul DNSA-141 – pohled z obou stran
Moduly měřící jen 20x25 mm (DNSA-141, obr. 3 a 4) a 20x42 mm (DNSA-144, obr. 5 a 6) lze totiž adresovat prostřednictvím SPI na základě naprosto stejného API jako v případě QCA4002/4. Obojí samozřejmě podporuje nízkopříkonové vlastnosti zapracované v QCA4002/4, třeba Low-Power-Listen, Green-Tx-Power-Saving nebo IEEE-Sleep-Mode (sleep: 130 µA / 2 ms wake up, suspend: 10 µA / 35 ms wake up).
Obr. 4: Blokový diagram DNSA-141
Namísto provozu ve dvou pásmech pak můžeme v případě DNSA-144 použít druhou anténu k podpoře diverzity a zajistit tím stabilnější bezdrátový spoj s větším dosahem. S podporou Rx/Tx diversity ale počítejme jen pro pásmo 2,4 GHz.
Základní vlastnosti modulu DNSA-141:
- Wi-Fi modul založený na QCA4002
- Provoz v pásmu 2,4 GHz dle IEEE 802.11b/g/n
- Vestavěný PA a LNA, bez vnějšího RFSW
- Green Tx Power Saving, Low Power Listen a IEEE Sleep Mode
- Tištěná anténa na desce nebo konektor IPEX
- Jednoduché napájení 3,3 V
- Integrovaný IPv4 / IPv6 networking stack
- Kompletní podpora zabezpečení: SSL, WPS, WPA, WPA2, WEP
- Zahrnuté služby: HTTP, DHCP, DNS, ICMP, IGMP
- Snadno použitelné SPI host rozhraní
- Rozměry 25 mm x 20 mm, dvě vrstvy, součástky pouze na jedné straně
- Provozní teplota -40 °C až +85 °C (Industry Class Version)
- Vyhovuje požadavkům CE, FCC a IC
Základní vlastnosti modulu DNSA-144:
- Wi-Fi modul vycházející z QCA4004
- 2,4 GHz a 5 GHz, provoz ve dvou pásmech dle IEEE 802.11a/b/g/n
- Rx/Tx Diversity pro 2,4 GHz
- Vestavěný PA a LNA, bez vnějšího RFSW
- Green Tx Power Saving, Low Power Listen a IEEE Sleep Mode
- Tištěná anténa nebo konektor IPEX
- Jednoduché napájení 3,3 V
- Integrovaný IPv4 / IPv6 networking stack
- Zabezpečení: SSL, WPS, WPA, WPA2, WEP
- Služby: HTTP, DHCP, DNS, ICMP, IGMP
- Jednoduše použitelné SPI host rozhraní
- 25 mm x 42 mm, dvě vrstvy, součástky osazené pouze na jedné straně
- Pracovní teplota: -40 °C až +85 °C (Industry Class Version)
- Vyhovuje požadavkům: plánováno CE, FCC a IC
Obr. 5: Modul DNSA-144 – pohled opět z obou stran
Obr. 6: Blokový diagram DNSA-144
V případě zájmu o Wi-Fi moduly kontaktujte distributora, společnost Codico (www.codico.com, e-mail: Petr.Rocek@codico.com). Zde také můžete směřovat veškeré své dotazy a to včetně požadavků na vzorky, nabídky či konzultaci (ne)typických řešení.
