ESP がホストする IoT デバイスのコストと複雑さを軽減
この記事では、エスプレッシフ SoC とモジュールを通信コプロセッサとして使用するオープンソース ソリューションである ESP-Hosted の多くの利点に焦点を当てています。
クラウド接続は、特に次のようなさまざまな利点があるため、最近よく議論されています。
- クラウド接続デバイスのアクセシビリティの向上。
- 重要なデータの強化されたバックアップ オプション。
- Over-The-Air (OTA) アップデートにより、デバイスのセキュリティが強化され、メンテナンス コストが削減。
- 自動化と異なるデバイス間のコラボレーションの増加 (Machine-to-Machine) による生産性の向上。
これらのよく知られている利点により、このテクノロジーはさまざまな業界で広く受け入れられており、「現在 組織の 60% 以上が IoT を使用しており、IoT をまったく使用していない組織はわずか 9% にすぎません」。((IoT Developer Survey, Eclipse Foundation[1])
それでもなお、GSMA Intelligence Enterprise IoT Survey [2] によると、IoT と既存のテクノロジーの統合やその実装コストなど、IoT 支持者が直面している課題があります。
企業によるIoTテクノロジーの採用に対する課題
ESP-Hostedは、IoT テクノロジーの統合の複雑さとそれに伴う開発コストに対する Espressif のソリューションです。ESP-Hosted は、既存のテクノロジーへの変更をまったく必要としないか、最小限に抑える必要があるだけでなく、すぐに使用できるオープンソース ソリューションであるため、開発コストを削減できます。
より正確には、ESP-Hosted は、エスプレッシフ SoC とモジュールを通信コプロセッサとして使用する方法を提供します。このソリューションは、ホスト マイクロプロセッサ (MPU) またはマイクロコントローラー (MCU) にワイヤレス接続 (Wi-Fi および Bluetooth / Bluetooth LE) を提供し、他のデバイスとの通信を可能にします。ESP-Hosted は、一般的に利用可能な UART、SPI、または SDIO ペリフェラル インターフェイスを介してホスト プロセッサと通信します。
ESP-Hosted の高レベルアーキテクチャ
ワイヤレス接続モジュールをメインのホスト処理モジュールから分離するこのアーキテクチャは、既存の MCU/MPU ベースのソリューションにワイヤレス接続を追加するため、次の利点があります。
- 開発サイクルの高速化: ESP-Hosted は、接続モジュールが標準の 802.11 インターフェイス (ESP-Hosted-NG) または 802.3 インターフェイス (ESP-Hosted-FG) で機能するのに役立ちます。このように、ESP-Hosted はプラグ アンド プレイ デバイスとして機能します。
- 再認定/再認証の労力の削減: ESP-Hosted はユーザー空間アプリケーションに触れないため、接続モジュールを追加しても、開発者はソフトウェアの大部分を再認定または再認証する必要がありません。
- 省電力: メイン MPU/MCU は、ネットワークへの接続を維持しながら、継続的に低電力モードを維持できます。したがって、メイン ホストは、接続モジュールへのすべての接続オーバーヘッドのオフロードなど、実際のタスクがある場合にのみ関与する必要があります。
- より簡単なアップグレードと製品のバリエーション: このアーキテクチャにより、開発者は製品のワイヤレス接続を簡単にアップグレードしたり、同じ製品のさまざまな接続オプションを持つ複数のバリエーションを用意したりできます。そのような例を以下に示します。ここでは、開発者は同じホスト アプリケーションとソフトウェアを使用できますが、Wi-Fi4 から Wi-Fi6 または Wi-Fi6 デュアル バンドまでのさまざまなワイヤレス接続オプションを使用できます。
異なる接続モジュールを持つ同じホストアプリケーションの例
エスプレッシフ は、開発者が ESP32 のさまざまな機能を簡単に利用できるように、ESP-Hosted のソース コードを自由に利用できるようにしました。開発者は、 ESP32およびESP32-S3の IO および HMI 機能、またはESP32-C3の高度なセキュリティ機能、つまりデバイスのデジタル署名ペリフェラルの恩恵を受けることもできます。したがって、可能性は無限大です。
ESP-Hosted のバリアント
ESP-Hosted ソリューションは、ESP-Hosted-FG と ESP-Hosted-NG の 2つのバリアントで利用できます。これらの違いは、ホストに提示されるネットワーク インターフェイスのタイプと、ESP SoC/モジュール上の Wi-Fi の構成/制御方法です。どちらのバリアントにも、それぞれのホストとファームウェア ソフトウェアがあります。
ESP-Hosted-FG
このバリアントは、ホストに標準の 802.3 (イーサネット) インターフェイスを提供します。これを実現するために、ホストには次の情報が提示されます。
- 基本的にイーサネット インターフェイスである単純な 802.3 ネットワーク インターフェイス。
- ESP SoC で Wi-Fi を構成するための軽量制御インターフェイス。
- 標準の HCI インターフェイス。
このソリューションでシンプルな 802.3 インターフェイスを使用すると、MCU ホストに最適です。AT ファームウェア ベースのアプローチを使用する場合、または複雑な 802.11 インターフェイスを統合する場合、MCU アプリケーションは引き続き標準の TCP/IP スタックを利用し、ホスト アプリケーションへの大幅な変更を防ぐことができます。
ESP-Hosted-NG
このバリアントは、Linux オペレーティング システムを実行するホスト向けに特別に設計されており、ホストにネットワーク インターフェイスを提供しながら標準的なアプローチを採用しています。これにより、wpa_supplicant などの標準 Wi-Fi アプリケーションを ESP SoC/モジュールで使用できるようになります。このソリューションは、以下を提供します。
- Linux ホストの標準 Wi-Fi インターフェイスである 802.11 ネットワーク インターフェイス。
- Wi-Fi の構成は、Linux の標準の cfg80211 インターフェイスを介してサポートされています。
- 標準の HCI インターフェイス。
私たちの推奨
- MCU ホストを使用する場合は、ESP-Hosted-FGを使用する必要があります。
- Linux ホストを使用する場合は、ESP-Hosted-NGをお勧めします。
これは、wpa_supplicant、Network Manager などの広く使用されているユーザー空間アプリケーション/サービスと互換性を持つ標準的なアプローチを採用しているためです。
参考文献
本記事は、エスプレッシフ社記事2022年9月8日より抜粋した内容を掲載しています。
