가장 까다로운 저전력 IoT 애플리케이션 수행
초저전력 무선 솔루션 분야의 세계적인 선도기업인 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor, 한국지사장 최수철)가 자사의 차세대 nRF5 시리즈 SoC(System-on-Chip)의 첫 번째 제품인 nRF5340TM 첨단 멀티프로토콜 SoC를 출시했다.
nRF5340은 이미 전세계적으로 사용되고 있는 노르딕의 입증된 nRF51 및 nRF52 시리즈 멀티프로토콜 SoC를 기반으로 구현됐다. 첨단 보안 기능을 갖춘 유연한 듀얼 프로세서 하드웨어 기반의 새로운 아키텍처를 도입했다. nRF5340은 블루투스(Bluetooth®) 5.1/블루투스 LE(Bluetooth Low Energy)를 비롯해 블루투스 메시(Mesh), 스레드(Thread), 지그비(Zigbee) 등과 같은 주요 RF 프로토콜을 지원한다.
nRF5340 SoC는 최대 105oC까지 확장된 동작온도에 부합하도록 설계되었으며, 멀티프로토콜 및 최신 보안 기능까지 지원되기 때문에 전문 조명 및 산업용 애플리케이션에 이상적인 솔루션이다. 또한 이 SoC는 풍부한512KB RAM과 함께 고성능 애플리케이션 프로세서를 갖추고 있어 복잡한 차세대 웨어러블 기기의 요구사항을 충족시킬 수 있다. QSPI 주변장치는 96MHz에서 외부 메모리와 인터페이스 할 수 있도록 확장되었으며, 32MHz 고속 SPI 주변장치는 디스플레이 및 복잡한 센서와 인터페이스 할 수 있도록 통합되었다.
nRF5340은 최고 수준의 보안을 위해 Arm 크립토셀-312(CryptoCell-312) 및 Arm 트러스트존(TrustZone®) 기술과 보안 키 스토리지(Secure Key Storage)를 통합하고 있다. Arm 크립토셀-312는 가장 일반적인 인터넷 암호화 표준으로 하드웨어를 가속화할 수 있으며, Arm 트러스트존은 단일 코어에서 보안 및 비보안 코드 실행 영역을 생성하여 신뢰할 수 있는 소프트웨어를 위한 시스템 전반의 하드웨어 격리 기능을 제공한다. nRF5340은 이러한 통합 보안 기능을 통해 악의적인 공격으로부터 SoC를 보호하고, 첨단 RoT(Root-of-Trust) 및 보안 펌웨어 업데이트를 지원한다.
nRF5340은 전용 1MB 플래시 및 512KB RAM이 지원되는 최대 128MHz(510 CoreMark)의 고성능 애플리케이션 프로세서와 전용 256KB 플래시 및 64KB RAM 기반의 완벽하게 프로그램이 가능한 64MHz(238 CoreMark) 초저전력 네트워크 프로세서로 구성된 듀얼 Arm® Cortex®-M33 프로세서를 기반으로 구현되었다.
“블루투스, 스레드, 지그비를 비롯한 저전력 무선 기술은 IoT의 중요한 부분을 차지하고 있다. 개발자는 이미 자산관리 기술 및 위치 서비스, 의료, 스마트 홈, 산업용사물인터넷(IIoT)와 같은 매우 복잡한 애플리케이션을 기반으로 미래의 상용 제품을 개발하고 있다.”
– 키에틸 홀스타드(Kjetil Holstad), 노르딕 세미컨덕터 제품관리 디렉터
강력한 성능의 이 애플리케이션 프로세서는 매우 효율적일 뿐만 아니라 8KB의 2-웨이 연관 캐시(Associative Cache)를 가지고 있으며, DSP 및 부동소수점 연산이 가능하고, 전압 및 주파수 스케일링 옵션을 제공한다. 또한 이 애플리케이션 프로세서는 Arm 크립토셀-312 및 Arm 트러스트존과 보안 키 스토리지와 같은 첨단 보안 기능과 NFC, USB, QSPI, 고속 SPI 등을 비롯해 다양한 인터페이스 주변장치를 지원한다.
완벽하게 프로그램이 가능한 네트워크 프로세서는 훨씬 더 효율(101 CoreMark/mA)적이며, 무선 동작 및 낮은 듀티-사이클의 센서 수집 작업 시 저전력에 최적화되어 있다. 프로그램이 가능한 네트워크 프로세서는 독자적인 2.4GHz 프로토콜 구현을 최적화할 수 있으며, nRF51 및 nRF52 시리즈로 손쉽게 포팅이 가능하다.
nRF5340은 3.2mA의 TX 전류(0dBm TX 파워, 3V, DC/DC)와 2.6mA의 RX 전류(3V, DC/DC)를 소비하는 소비전력에 최적화된 새로운 멀티프로토콜 2.4GHz 무선 규격을 지원하고 있다. 슬립 전류는 1.1µA로 매우 낮다. 이 SoC는 향상된 동적 멀티프로토콜 기능을 지원하기 때문에 블루투스 LE를 사용하는 스마트폰에서 메시 네트워크와 프로비저닝 및 커미셔닝, 상호동작을 위해 블루투스 LE 및 블루투스 메시/스레드/지그비 동작을 동시에 수행할 수 있다.
무선은 모든 블루투스 5.1 방향탐지(Direction Finding) 기능을 지원한다. nRF5340은 1.7V ~ 5.5V의 공급전압 범위에서 동작하며, 충전식 배터리와 USB를 통해 전원을 공급할 수 있다. 또한 이 SoC는 32MHz 및 32.762kHz 크리스탈을 위한 XTAL 부하 커패시터를 내장하고 있어 노르딕의 nRF52 시리즈에 비해 필요한 외부 부품 수를 4개까지 줄일 수 있으며, 이를 통해 BOM(Bill-of-Materials) 및 솔루션 크기를 줄일 수 있다.
nRF5340의 소프트웨어 개발 키트인 nRF Connect SDK는 제퍼(Zephyr) RTOS와 블루투스 LE 프로토콜 스택 및 애플리케이션 예제, 하드웨어 드라이버를 통합하는 완벽한 솔루션을 제공한다. nRF Connect SDK는 nRF9160 SiP 기반 상용 제품 개발에도 사용되고 있는 입증된 솔루션이다. 또한 이 SDK는 nRF5340을 위한 지원 기능이 추가되었으며, 저전력 셀룰러 IoT 및 저전력, 단거리 무선 개발 기능을 모두 지원한다. nRF Connect SDK는 깃허브(GitHub)에서 공식적으로 호스팅되고 있으며, 깃(Git)을 통한 소스 코드 관리도 가능하다.
또한 세거 임베디드 스투디오(SEGGER Embedded Studio) IDE도 무료로 제공된다. 한편 노르딕은 nRF5340을 위한 경제적인 단일 보드 기반 프리뷰 개발 키트인 nRF5340 PDK(Preview Development Kit)를 공급한다. nRF5340 PDK는 개발자들이 nRF5340의 모든 기능과 GPIO를 사용할 수 있도록 해주며, 이 SoC의 프로그래밍 및 디버깅을 위한 온보드 세거 J-Link 디버거가 함께 제공된다.
노르딕 세미컨덕터의 제품관리 디렉터인 키에틸 홀스타드(Kjetil Holstad)는 “블루투스, 스레드, 지그비를 비롯한 저전력 무선 기술은 IoT의 중요한 부분을 차지하고 있다. 개발자는 이미 자산관리 기술 및 위치 서비스, 의료, 스마트 홈, 산업용사물인터넷(IIoT)와 같은 매우 복잡한 애플리케이션을 기반으로 미래의 상용 제품을 개발하고 있다. 이러한 제품은 높은 수준의 보안과 보다 강력한 컴퓨팅 성능을 필요로 하지만, 개발자들은 노르딕의 무선 솔루션이 컴팩트하면서도 고도의 에너지 효율을 유지하기를 기대한다.”고 설명했다.
이와 함께 키에틸 홀스타드는 “nRF5340 SoC는 이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 설계되었다. 이 제품은 수십 년 동안 노르딕이 초저전력 무선 분야에서 쌓아온 경험과 지난 7년 동안 nRF51 및 nRF52 시리즈 개발 및 지원을 통해 얻은 교훈은 물론, 세계에서 가장 경험이 많은 저전력 무선 R&D 팀이 지난 수년 동안 제품 개발에 주력한 결과가 모두 집대성된 것이다. nRF5340 및 nRF Connect SDK는 개발자들이 지금까지 불가능했던 무선 애플리케이션을 보다 쉽게 구현할 수 있도록 해준다.”고 밝혔다.
nRF5340 PDK는 현재 노르딕의 유통망을 통해 제공되고 있다. nRF5340 SoC 엔지니어링 샘플은 48개의 GPIO를 지원하는 7x7mm aQFN 패키지로 조만간 공급될 예정이다.
