通過(guò)ST4SIM使物聯(lián)網(wǎng)工程師更容易訪問(wèn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)

ST推出的ST4SIM，這是我們首款通過(guò) GSMA 認(rèn)證的用于工業(yè)和消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)以及汽車(chē)的 eSIM. 我們決定發(fā)布該設(shè)備，以便為工程師提供更靈活的方式來(lái)使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)。eSIM 革命通過(guò)解放開(kāi)發(fā)人員，繼續(xù)促進(jìn)蜂窩應(yīng)用的發(fā)展。實(shí)際上，eSIM 可以輕松切換到不同的網(wǎng)絡(luò)提供商，而不是綁定到一個(gè)運(yùn)營(yíng)商。新推出的 ST4SIM 系列有多種型號(hào)。有些具有基本配置 （ST4SIM-100x），而另一些則通過(guò) GSMA 認(rèn)證 （ST4SIM-200x），具有加密功能 （ST4SIM-x10），甚至是汽車(chē)認(rèn)證 （ST4SIM-xxxA）。5G 版本甚至在路上。因此，讓我們探索 ST 的最新 eSIM、它的第一個(gè)模塊、它的第一個(gè)板，看看它們?nèi)绾谓鉀Q挑戰(zhàn)，使物聯(lián)網(wǎng)工程師更容易訪問(wèn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

所有 ST4SIM

ST4SIM 和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

設(shè)備或效率解決方案

ST4SIM 符合 GSMA M2M 和 SIMalliance 規(guī)范，支持 4G （LTE）、CAT-M 和 NB-IoT 等。因此，工程師們知道新的 ST4SIM 與全球幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營(yíng)商兼容。此外，新的 eSIM 還提供WLCSP 和 MFF2以及其他封裝。晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝的小尺寸和大批量成本效益使其成為工業(yè)應(yīng)用的最?lèi)?ài)。另一方面，MFF2 是一個(gè)非常標(biāo)準(zhǔn)的封裝，將吸引已經(jīng)在從事蜂窩應(yīng)用工作的工程師。

促使 ST 進(jìn)入 eSIM 領(lǐng)域的原因之一是幫助工程師創(chuàng)建更高效的應(yīng)用程序。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有時(shí)難以優(yōu)化蜂窩連接的性能和功耗。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品通常依賴于小型電池，因此優(yōu)化不佳會(huì)產(chǎn)生滾雪球效應(yīng)，尤其是當(dāng)某些產(chǎn)品必須在該領(lǐng)域使用單塊電池才能使用十年時(shí)。ST4SIM 解決此問(wèn)題的一種方法是在 eSIM 和調(diào)制解調(diào)器之間提供 ISO/IEC 7816 協(xié)議。因此，當(dāng)后者進(jìn)入睡眠狀態(tài)（省電模式 （PSM） 或空閑模式下的擴(kuò)展非連續(xù)接收 （i-eDRX） 時(shí)，它可以關(guān)閉 eSIM 以提高能源效率。同樣，ST4SIM 也有一個(gè) SPI 接口，使微控制器能夠更有效地與其安全元件進(jìn)行通信。

模塊或集成解決方案

為了讓新的 eSIM 更易于使用，村田推出了 LBAD0ZZ1SE 模塊，其中包括一個(gè) ST4SIM-200M、一個(gè)STM32L462和一個(gè) LTE Cat M1/NB-IoT 蜂窩調(diào)制解調(diào)器。該組件解決了許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并提供了足夠強(qiáng)大的微控制器來(lái)處理大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。因此，可以創(chuàng)建不需要額外 MCU 的解決方案。該模塊甚至在 STM32L4 的 512 KB 閃存和 160 KB RAM 之上額外增加了 1 MB 閃存，足以處理來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到云端，而 MCU 的功耗僅為 2 μA在 STOP 模式下將確保較長(zhǎng)的電池壽命。

該模塊獲得了 GCF/PTCRB 認(rèn)證，這表明它集成了所有必要的組件，包括天線連接器和電源調(diào)節(jié)器 （LDO）。因此，團(tuán)隊(duì)只需將天線連接到 μFl 連接器和能夠提供 3.3 V 電壓的電池。因此，配置非常簡(jiǎn)單，繞過(guò)了與 eSIM 相關(guān)的許多固有復(fù)雜性。開(kāi)發(fā)人員可以簡(jiǎn)單地使用 STM32 的總線接口（SPI、UART 或 I2C）來(lái)快速利用該模塊。

ST4SIM 和實(shí)施挑戰(zhàn)

B-L462E-CELL1 或硬件解決方案

B-L462E-CELL1是 2018 年推出的 P-L496G-CELL02的替代產(chǎn)品，可作為試驗(yàn)村田模塊的最快方式和快速創(chuàng)建新產(chǎn)品的參考設(shè)計(jì)。事實(shí)上，工程師在他們的 PCB 上工作時(shí)可以研究 ST 的原理圖并使用該電路板開(kāi)始他們的應(yīng)用程序。例如，它僅在模塊中使用STM32L4來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)此類(lèi)用例中最流行的 MCU 之一調(diào)整他們的需求。還有一個(gè)插槽供團(tuán)隊(duì)使用其運(yùn)營(yíng)商的塑料 SIM 卡。B-L462E-CELL1 將自動(dòng)檢測(cè)和使用它，更加方便。同樣，我們包括一個(gè)0.96 英寸的 OLED 顯示屏使應(yīng)用程序能夠顯示某些信息，例如運(yùn)營(yíng)商名稱、信號(hào)強(qiáng)度 （RSSI） 或從 Internet 接收的時(shí)間和日期。

B-L462E-CELL1 上的低功耗音頻編解碼器可能會(huì)讓一些人感到驚訝。ST 決定添加它以及用于耳機(jī)的3.5 毫米插孔，因?yàn)樵撃K確實(shí)提供了一些VoIP 功能。但是，開(kāi)發(fā)人員必須聯(lián)系村田來(lái)解鎖它們。探索套件還包括一個(gè)STMod+ 端口，可以更輕松地連接其他擴(kuò)展板并促進(jìn)原型設(shè)計(jì)。我們還包括無(wú)數(shù)傳感器，以允許團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境條件的應(yīng)用程序。最后，用戶可以通過(guò)其USB 端口或三節(jié) AAA 電池為開(kāi)發(fā)板供電。 結(jié)果，可以更容易地在現(xiàn)場(chǎng)使用該板。此外，系統(tǒng)無(wú)需移動(dòng)跳線即可自動(dòng)檢測(cè)電源的來(lái)源。

B-L462E-CELL1 的組件

Truphone 或蜂窩計(jì)劃解決方案

一旦工程師拿到 B-L462E-CELL1，他們可以立即享受他們的蜂窩連接，這要?dú)w功于 ST 授權(quán)合作伙伴T(mén)ruphone。這家移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在 90 天內(nèi)免費(fèi)提供 50 MB 數(shù)據(jù)和一些短信功能。包含 B-L462E-CELL1 的盒子將包含有關(guān)如何使用 Truphone 的門(mén)戶網(wǎng)站注冊(cè)和激活數(shù)據(jù)計(jì)劃的說(shuō)明。我們添加了下面的視頻來(lái)展示如何在激活過(guò)程之前從串行終端獲取 eSIM 的 ICCID。該模塊的 LTE Cat M/NB-IoT 調(diào)制解調(diào)器還意味著可以使用現(xiàn)有的最佳技術(shù)。

讀者可以查看Truphone 的覆蓋頁(yè)面，了解他們所在國(guó)家/地區(qū)可用的蜂窩協(xié)議。此外，意法半導(dǎo)體還與其他供應(yīng)商合作。Truphone 的連接平臺(tái)使用戶能夠從 GSMA 定義的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商處下載和啟用配置文件。因此，工程師應(yīng)該期待全球范圍內(nèi)的強(qiáng)大支持，并且在許多情況下，他們的操作員會(huì)被自動(dòng)識(shí)別。此外，希望驗(yàn)證遠(yuǎn)程 SIM 配置服務(wù)的客戶可以聯(lián)系 Truphone 或 ST 支持團(tuán)隊(duì)以獲取更多信息。

X-CUBE-CELLULAR 或軟件解決方案

ST 開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵方面是X-CUBE-CELLULAR軟件擴(kuò)展包。它的優(yōu)勢(shì)之一來(lái)自于它的抽象層，它使工程師能夠通過(guò)主要使用 ST 提供的目標(biāo)調(diào)制解調(diào)器驅(qū)動(dòng)程序重新編譯來(lái)切換到不同的調(diào)制解調(diào)器。X-CUBE-CELLULAR 還支持與 ST4SIM 通信的抽象層。開(kāi)發(fā)人員只需要通過(guò)調(diào)制解調(diào)器使用 ISO 接口或通過(guò) SPI 直接通信。與傳統(tǒng)一樣，X-CUBE-CELLULAR 提供應(yīng)用示例。例如，開(kāi)發(fā)人員可以使用 ST 的軟件發(fā)送ping 命令或 TCP 和 UDP 回顯消息，通過(guò)檢查延遲來(lái)評(píng)估 Internet 上端到端通信的質(zhì)量。此外，關(guān)于 X-CUBE-CELLULAR 的 Wiki將引導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員了解操作方法、提示和最常見(jiàn)的問(wèn)題。實(shí)際上，該軟件包提供了旨在極大地促進(jìn)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的廣泛功能。

X-CUBE-CELLULAR 的中間件管理蜂窩連接的配置并維護(hù)服務(wù)的可用性。例如，它根據(jù)最終用戶定義的策略選擇正確的 SIM 卡并相應(yīng)地配置 APN。然后 X-CUBE-CELLULAR 將指示調(diào)制解調(diào)器連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)并監(jiān)控所有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)事件。它甚至?xí)ㄖ獞?yīng)用程序蜂窩服務(wù)已準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，以避免網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)輪詢。客戶還可以使用中間件來(lái)利用 ST4SIM 安全元件來(lái)存儲(chǔ)敏感信息。處理證書(shū)和密鑰以通過(guò) Internet（TLS 或 DTLS）進(jìn)行安全設(shè)置和加密通信變得更加簡(jiǎn)單。該軟件包還支持使用 Truphone 的 eSIM Remote SIM Provisioning 平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程 SIM 切換。X-CUBE-CELLULAR 包僅監(jiān)控 SIM 切換事件以重新配置系統(tǒng)并將其重新連接到網(wǎng)絡(luò)。

一種處理蜂窩應(yīng)用程序的新方法

太多的團(tuán)隊(duì)經(jīng)常低估蜂窩解決方案開(kāi)發(fā)背后的復(fù)雜性。傳統(tǒng)上，工程師需要了解每個(gè)調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商的 AT 命令并圍繞它們編寫(xiě)應(yīng)用程序。開(kāi)發(fā)人員還必須采用嚴(yán)格的防御性編程范例，以確保其系統(tǒng)的穩(wěn)健性，無(wú)論可能出現(xiàn)什么問(wèn)題。例如，在網(wǎng)絡(luò)丟失的情況下，代碼可能需要輪詢網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以重新建立連接。X-CUBE-CELLULAR 中間件代表應(yīng)用程序完成所有這些工作，并使開(kāi)發(fā)人員能夠像使用簡(jiǎn)單的 IP 協(xié)議一樣處理蜂窩連接。

該軟件包甚至支持基于流行的 BSD 套接字的標(biāo)準(zhǔn)接口，使事情變得更加直觀。它還使集成第三方解決方案變得更加容易。因此，ST 正在與合作伙伴計(jì)劃的成員合作，這些成員在 X-CUBE-CELLULAR 之上預(yù)集成了他們的云中間件，例如 LwM2M。

審核編輯：郭婷