TapNLink от IoTize – безопасная передача данных в одно касание

24 мая

светотехникапотребительская электроникаинтернет вещейуниверсальное применениеSTMicroelectronicsстатьяинтегральные микросхемыбеспроводные технологиисредства разработки и материалыNFCRFIDУмный дом

Анна Конева (г. Ростов-на-Дону)

Авторизованный партнер STMicroelectronics французская компания IoTize представляет новый способ взаимодействия со встроенными системами – модуль TapNLink. Это первый радиочастотный модуль, который напрямую подключается к микроконтроллеру через отладочный порт, что ускоряет процесс разработки и обеспечивает необычный подход к проектированию устройств. С помощью задействованной в модуле NFC-метки ST25DV-I2C мобильное приложение считывает и записывает нужные данные на микроконтроллер. TapNLink совмещает беспроводные интерфейсы NFC и BLE, что позволяет подключиться к любому устройству.

Плюсы технологии NFC 3-Stroke Configuration

Появление модуля TapNLink на рынке стало революцией, изменившей сам принцип проектирования устройств, поскольку до этого инженеры разрабатывали радиочастотные стеки и создавали устройства, соответствующие сложным стандартам. Такой процесс занимает много времени, стоит дорого и включает в себя получение разрешений от контролирующих органов. Более того, инженеры должны были иметь обширные познания сразу во многих сферах, таких как электроника, радиочастотные излучения, дизайн антенн и все, что связано с беспроводной передачей пакетов данных с одного устройства на другое.

TapNLink, в котором применяется технология NFC 3-Stroke Configuration, существенно упрощает работу специалистов, поскольку теперь данные просто собираются устройством и передаются дальше. Теперь модуль IoTize, осуществляющий беспроводную передачу с помощью NFC и Bluetooth, дает возможность создавать решения, концентрируя усилия именно на разработке и дизайне устройств.

Со стороны пользователей применение TapNLink выглядит как взаимодействие с устройствами и приборами с помощью NFC-метки. Достаточно поднести телефон к микросхеме ST25DV, и она запустит приложение, установленное на телефоне пользователя. Затем в приложении изменяются или задаются нужные настройки и конфигурации устройств или приборов, и телефон еще раз подносится к NFC-метке для регистрации и сохранения новых настроек.

Метка ST25 выступает в качестве беспроводного интерфейса, обеспечивающего доступ к Flash-памяти и ОЗУ. Если в целевом оборудовании не заблокирован порт SWD, модуль с микроконтроллером и ST25DV/BLE взаимодействует с телефоном и через мобильный интернет получает доступ к сайту разработчика приложения. Таким образом пользователь получает возможность изменить параметры продукта, даже если изначально такой возможности по беспроводной поддержке не было предусмотрено (рисунок 1).

Рис. 1. Блок-схема TapNLink

Рис. 1. Блок-схема TapNLink

Иными словами, благодаря метке ST25 не ориентированная на внешний интерфейс управления прошивка будет настраиваемой: пользователь продукта может прямо в коде программы (во Flash-памяти) изменить данные. Например, изменить константу скорости UART в изделии, даже если этого не заложил разработчик, или продублировать кнопки «обычного интерфейса».
Обращаем ваше внимание: чтобы при такой возможности включить «режим разработчика», необходимо обладать минимумом знаний о работе программного обеспечения и принципах действия самого изделия. Поэтому наиболее удачным вариантом будет использование модуля TapNlink именно создателями этих изделий.

Устройства с TapNLink

В Европе технологию NFC 3-Stroke Configuration, задействованную в модулях TapNLink, планируется применять для настройки отопительных систем. Например, французская компания Cotherm совместно с IoTize работает над упрощением настройки бытовых водонагревателей. Расширение возможностей интерактивности устройств, использующих режим экономии энергии, поможет внести существенный вклад в заботу об окружающей среде. Также компания IoTize сотрудничает с немецким производителем электрообогревателей Lucht LHZ.

Благодаря NFC-решению в модуле TapNLink усовершенствована система управления доступа. Взаимодействуя с модулем через мобильное приложение, пользователи быстрее проходят авторизацию. Это также позволяет предотвратить несанкционированный доступ к системе, что повышает ее надежность. Технологии, задействованные в IoTize, также внедрены и в системы производственного контроля.

Отличительной особенностью внедрения NFC 3-Stroke Configuration является отсутствие необходимости писать код. Новый инструмент генерирует приложение для выбранного микроконтроллера семейства STM32, что экономит время и ускоряет выход товара на рынок.

32-битные микроконтроллеры STM32, разработанные на базе ядра ARM Cortex-M, отличаются разнообразием линеек для большого числа применений. На данный момент существует 16 серий данных микроконтроллеров, которые делятся на 4 группы:

  • высокопроизводительные;
  • широкого применения;
  • сверхмалого потребления;
  • беспроводные.

Производитель также предлагает автоматический генератор приложений для iOS и Android. Он использует языки HTML5, CSS и Javascript для создания универсальных приложений с учетом настроек, которые будут применяться пользователем в конкретном приложении.

TapNLink во встроенной системе

Соединение TapNLink с портом отладки встроенной системы означает, что подтверждение концепции произойдет мгновенно и уже на существующем оборудовании. Инженерам не нужно писать новые стеки, менять плату или создавать новый дизайн с интегрированными интерфейсами NFC или Bletooth с малым энергопотреблением (BLE). Все, что от них требуется – взять существующий продукт и подключить TapNLink (рисунок 2).

Рис. 1. Внешний вид модуля Taplink Primer NFC-BLE

Рис. 2. Внешний вид модуля Taplink Primer NFC-BLE

Основатель IoTize и изобретатель концепции Франсис Ламотте, утверждает, что TapNLink значительно ускоряет разработку опытного образца и дает возможность уделить больше времени вопросам его применения. Благодаря инновационным принципам проектирования хост-машина становится целью взаимодействия радиочастотного модуля и приложения смартфона, что обеспечивает более быструю и упрощенную передачу данных: модификации оборудования или изменения существующего кода не требуются.

Помимо порта отладки

Иногда инженерам приходится работать с конструкциями закрытого типа. В таких случаях подключение модуля с помощью порта отладки микроконтроллера не представляется возможным. Для решения таких задач компания IoTize создала возможность подключиться к двум интерфейсам ввода/вывода общего назначения. Теперь в случае, когда порт отладки недоступен, команды разработчиков могут выйти из положения с помощью данного функционала. Этот метод использует «серийного агента», подобно технологии отладки у семейства микроконтроллеров STM32. Инженерам необходимо перекомпоновать целевое встроенное ПО, добавив «серийного агента», что займет всего несколько часов. Писать новый код для своей системы не потребуется.

Два модуля беспроводной передачи данных

Если представить себе, что в модуле TapNlink имеется только NFC-метка, большинство инженеров сделает выбор в пользу NFC-BLE Primer. Ведь Bluetooth с малым энергопотреблением ускорит разработку прототипа, способного отправлять данные на мобильный терминал и взаимодействовать с облаком.

Тем не менее во многих случаях NFС проще использовать для локального взаимодействия с системой. Безусловно, при изменении конфигураций или обновлении встроенного ПО метка ST25DV-I2C (рисунок 3) предлагает, как минимум, более практичный подход. 

Рис. 2. Метка NFC ST25DV-I2C

Рис. 3. Метка NFC ST25DV-I2C

NFC-метки ST25DV являются динамическими, то есть это метки со сдвоенным интерфейсом. В отличие от обычных меток, они дают возможность использовать модуль через NFC или протоколы I2C (интерфейс I2С). В случае TapNLink сдвоенный интерфейс является посредником между считывателем NFC-метки и микроконтроллером.

Серия динамических NFC-меток ST25DV-I2C предлагает беспроводной интерфейс 13,56 МГц. Микросхемы в полной мере поддерживают стандарты ISO/IEC 15693 и NFC Forum Type 5 Tag.

Компания STMicroelectronics предлагает версии ST25DV04K, ST25DV16K и ST25DV64K емкостью EEPROM-памяти 4, 16 и 64 кбит, соответственно. Их внутренняя EEPROM-память способна разбиваться на четыре гибкие области, защищенные 64-битным паролем.

Варианты применения динамических NFC-меток ST25DV разнообразны, это потребительская электроника, промышленные системы управления и контроля, приборы учета, электронные ценники, устройства интернета вещей, умные замки в домах и так далее.

Компания IoTize использует вариант микросхемы ST25DV-12C с емкостью EEPROM-памяти 64 кбит. В памяти хранится ссылка на магазин приложений, и при первом подключении пользователи автоматически получают нужное приложение без пробуждения всей системы или использования при чтении NFC-метки большего количества энергии смартфона.

Модуль TapNLink использует внутреннюю память метки для ускорения обмена данными между хост-микроконтроллером и мобильным устройством. Кроме того, ST25DV-I2C предлагает режим быстрого обмена данными, при котором 256-битный буфер служит в качестве кэша, оптимизирующего операции. По словам менеджера IoTize Marcom Стива Гуссенховена, соединение устройств происходит «по касанию». Микросхема ST25DV-I2C очень чувствительна: запуск происходит практически моментально. А значит, что можно обойтись без такого понятия, как время ожидания.

Безопасность устройств

При использовании беспроводных модулей стоит позаботиться не только об оптимизации работоспособности, но и еще об одном очень важном аспекте – безопасности. Существуют риски, связанные с портом отладки или прямым подключением к интерфейсу ввода/вывода общего назначения микроконтроллера. Порой разработчики упускают из виду этот аспект, потому что передаваемые данные чаще всего безвредны. Но продумать вопрос защиты данных необходимо, именно потому компания IoTize отдает предпочтение ST25DV-I2C. С такой меткой беспроводные модули TapNlink находятся в спящем режиме во избежание атак анализаторов трафика (снифферов). Хакеры очень часто используют анализаторы трафика для обнаружения активных беспроводных сетей, а затем уже ищут слабые места в защите систем. Модуль Bluetooth активен, когда пользователь считывает метку NFC и совершает обмен ключами шифрования (рисунок 4).

Рис. 3. TapNLink - посредник между вашей встроенной системой и облаком

Рис. 4. TapNLink – посредник между вашей встроенной системой и облаком

Эмулируемый защищенный последовательный порт (Simulated Secure Serial Port или S3P) – еще один интерфейс TapNlink, который является альтернативой последовательному физическому интерфейсу отладки от ARM (SWD). Любой разработчик, у которого есть опыт работы со встроенными системами, с ним знаком. Такой способ обеспечивает, кроме прочего, прямое подключение через порт отладки и быстрый доступ к карте распределения памяти. Дело в том, что SWD-интерфейс не имеет схемы шифрования. Компания ARM рекомендует использовать специальную логическую схему в форме модуля отладки аутентификации (Debug Authentication Module), но она не всегда доступна или удобна в использовании.

Эмулируемый защищенный последовательный порт обеспечивает безопасность обмена данными между TapNlink и микроконтроллером с помощью схемы шифрования AES-128. Технология также позволяет фильтровать ячейки памяти и устранять несовпадения. Устройство использует внутреннюю оперативную память ST25DV-I2C для обмена динамическими ключами, тем самым еще больше оптимизируя работу защиты.

За оригинальность идеи компания IoTize получила награду Best Emerging Concept на NFC Forum Innovation Awards в 2018 году. Однако компания не останавливается на достигнутом и продолжает поиск новых вариантов применений и повышения доступности своей разработки.

•••

Наши информационные каналы

О компании STMicroelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее

Товары
Наименование
ST25DV64K-IER6S3 (ST)
ST25DV04K-IER6T3 (ST)
ST25DV04K-IER6S3 (ST)
ST25DV04K-JFR6D3 (ST)
ST25DV02K-W2R8S3 (ST)
ST25DV16K-IER6T3 (ST)
ST25DV04K-IER6C3 (ST)
ST25DV64K-JFR6D3 (ST)
ST25DV04K-IER8C3 (ST)
ST25DV64K-JFR8D3 (ST)
ST25R3911B-AQFT (ST)
ST25R3912-AWLT (ST)
ST25R95-VMD5T (ST)