La STMicroelectronics ha progettato e messo in commercio una development board denominata SensorTile.box in grado di supportare gli ingegneri per la realizzazione immediata di prototipi per le applicazioni più svariate, con un particolare focus alle applicazioni di dispositivi indossabili (wearable) e prodotti interconnessi secondo la filosofia IoT. La scheda si basa sulla CPU ARM Cortex-M4 che fornisce potenti funzionalità di elaborazione mantenendo al contempo un pieno controllo del consumo energetico. Inoltre, la scheda che tra poco andremo a scoprire nel dettaglio è dotata anche di innumerevoli sensori di acquisizione sia digitale che analogica per provare le potenzialità dei chip prodotti da STM. In questo articolo andremo ad osservare nel dettaglio le caratteristiche tecniche di questa fantastica scheda di sviluppo.
Introduzione
Con l’avvento dei dispositivi MEMS (acronimo di Micro Electro Mechanical Systems) e dei chip per l’elettronica digitale sempre più miniaturizzati, la STMicroelectronics, che ricordiamo fieramente ha origini italiane, è diventata leader nell’innovazione e nella produzione delle più svariate soluzioni integrate di sensoristica per tutte le diverse tipologie di applicazioni: consumer, automotive, industrial e via dicendo. Per facilitare il lavoro di ingegneri e progettisti nel testare da vicino i suoi gioiellini a semiconduttore, la STM da anni produce e commercializza anche schede di sviluppo (in genere denominate evaluation board oppure development board) che integrano a bordo sensori e microcontrollori sviluppati dalla STM stessa. Tra queste troviamo la scheda di sviluppo STEVAL-MKSBOX1V1 (denominata anche SensorTile.box) che nasce con un focus ben preciso orientato ai dispositivi IoT (Internet of Things) ed in particolar modo per i dispositivi indossabili alimentati a batteria. Quindi, progettisti e makers di tutto il mondo hanno una nuova board per provare le potenzialità di innumerevoli sensori adatti per le più svariate applicazioni IoT e wearable.
Unboxing
In questa panoramica generale della SensorTile.box partiamo prima di tutto dall’unboxing della scheda. La scheda è confezionata in un packaging semplice ed immediato, dal colore giallo (vedi Figura 1). Appena apriamo la confezione originale (Figura 2) vediamo che c’è un involucro plastico di colore blu che racchiude al suo interno la scheda. Questo è un involucro IP54, con possibilità di sostituire uno dei due coperchi. Infatti, il secondo coperchio prevede due fori che possono facilitare il fissaggio e l’installazione della scatola in determinate situazioni. All’interno della scatola troviamo anche un convertitore per usare il JTAG ARM.
Figura 1: La SensorTile.box nella sua confezione originale
Figura 2: Il contenuto della confezione
Smontando le due viti che chiudono l'involucro blu possiamo accedere alla scheda elettronica ed osservare da vicino com’è fatta (Figura 3). Appena aperto l'involucro si nota la compattezza nelle dimensioni di questa scheda. Inoltre, il processo costruttivo è basato sul montaggio dei componenti in entrambi i lati (top e bottom). Dal punto di vista delle interfacce notiamo la presenza di un connettore USB e un connettore JTAG per la programmazione. Attraverso un connettore dedicato, invece, è collegata la piccola batteria che rende l’oggetto ideale per applicazioni wearable.
Figura 3: Il box plastico smontato
Architettura
Affrontiamo dunque l’architettura di questa scheda così compatta ma allo stesso tempo complessa e ricca di funzionalità. Il motore di tutta la piattaforma è un microcontrollore STM32L4R9 (come si nota in Figura 4), dotato di una CPU Ultra-low-power ARM Cortex-M4 e che integra anche funzionalità DSP, FPU, e istruzioni adattative real-time.
Figura 4: La scheda STEVAL-MKSBOX1V1
Il chip è ricco di dotazioni quali:
- periferiche ADC a 12bit
- periferiche DAC
- comparatori a basso consumo energetico
- periferica di generazione dei numeri casuali (True random number generator)
- periferiche per il calcolo del CRC
- periferiche di comunicazione tra cui UART, SPI, CAN, I2C, USB OTG 2.0 e SAI (Serial Audio Interface)
- Filtri digitali
- RTC con funzioni di calendario hardware e allarmi
- Timers
- 2-Mbyte di Flash
- 640 Kbyte di SRAM
Oltretutto, le ricche potenzialità del processore ARM Cortex-M4 sono incrementate dal mondo circostante che va a completare la scheda di sviluppo. Infatti, a bordo della stessa troviamo sia un chip per la connettività Bluetooth che un circuito di battery charger per gestire la carica della piccola batteria presente all’interno dell’involucro. A completare il quadro troviamo anche un ricco parco di sensori digitali in tecnologia MEMS adatti alle esigenze di qualsiasi progettista.
Connettività
Come già accennato, la scheda di sviluppo SensorTile.box fornisce una connettività Bluetooth. Andiamo dunque a vedere nel dettaglio come è stata implementata. A bordo della scheda è presente un processore Bluetooth SMART (il modulo integrato SPBTLE-1S prodotto dalla stessa STMicroelectronics) conforme allo standard BT specifica v4.2. Questo modulo trasmettitore è certificato FCC (ID:S9NSPBTLE1S) e IC (IC:8976-SPBTLE1S). Il modulo è realizzato con una CPU BlueNRG-1 (basata su un ARM Cortex-M0 32-bit) e integra a bordo l’antenna e il chip per la corretta comunicazione Bluetooth, anche secondo lo standard BLE (Bluetooth Low Energy). Questo modulo integrato (system-on-chip) supporta le differenti modalità operative Bluetooth ed è capace di operare anche simultaneamente come dispositivo master e slave. In alcuni modelli più recenti della scheda di sviluppo SensorTile.box, il modulo SPBTLE-1S è stato sostituito dal modulo BlueNRG-M2 progettato per la compliance alla specifica Bluetooth v5.2.
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