Matter协议的发展和解决方案-电子发烧友网

解决物联网设备互操作性难题的方案

在智能家居应用中，市面上已经出现各式各样的物联网设备，但这些设备之间所支持的协议较为多样且复杂，导致不同品牌的设备往往不具备互操作性，造成用户在使用上的困扰。本文将为您介绍用于智能家居物联网设备的Matter协议的特性与发展，以及由艾睿电子统合NXP、Murata、ST的整体解决方案。

不同智能家居设备面临着互操作性挑战

智能家居和楼宇中的物联网设备通过多个本地网络相互连接，并连接到云端进行数据处理和存储。但如果没有统一的语言，用户体验就不是最佳的，并且设备管理可能会很复杂。

目前的智能家居设备正面临着互操作性挑战，用户可能需要连接市面上超过100种以上的物联网设备，这些设备可能采用超过30种以上的协议，并采用有线和无线方式进行连接，这都对物联网设备之间的互操作性带来挑战。

Matter协议是由连接标准联盟（Connectivity Standards Alliance, CSA）推出，提供了一个通用标准来简化和统一物联网连接，无论设备的平台和品牌如何。在智能家居中，联网设备基于Wi-Fi、Thread或以太网技术运行，每个设备在Matter网络中都有特定的角色，这些设备可以是终端设备、路由器／网桥或控制器。

Matter项目的目标是简化制造商的开发并提高消费端的兼容性，该项目围绕一个共同信念而建立，即智能家居设备应该安全、可靠且无缝使用。该项目以互联网协议（IP）为基础，旨在实现智能家居设备、移动应用程序和云服务之间的通信，并为设备认证定义一组特定的基于IP的网络技术。

Matter可为智能家居生态系统带来互操作性，提高消费者的可靠性，确保安全和隐私，并简化物联网设备的开发流程。对于消费者来说，Matter帮助他们可使用一个App控制所有支持Matter协议的设备，提升了操控体验；对于厂商来说，使用一套硬件就可以满足所有的用户的需求；对于服务商来说，从此可不再限制于特定的厂商，可在更多的厂商中选择产品。

有越来越多的开发者更看重Matter物联网设备平台，这是因为Matter物联网设备具备跨品牌的互操作性，Matter可实现整个智能家居领域的无缝通信，以往开发人员必须为其设备选择单一智能平台（例如HomeKit、Alexa或Google Assistant），这种选择影响了兼容性和销售。借助Matter技术，开发人员可以使用跨品牌的统一平台来设计他们的设备。例如，支持Matter的设备可以与Samsung SmartThings和Apple HomeKit配合使用。

许多以往支持HomeKit的硬件也开始支持Matter，与Matter的合作意味着Apple HomeKit拥有更多硬件选择，开发人员可以创建像HomeKit设备一样运行的设备，并保持与现有HomeKit应用程序、Siri和控制界面的兼容性。

采用Matter可以统一开发框架，Matter为用户提供共享的智能家居界面，开发人员可以使用同一平台构建支持Matter的设备，确保一致且响应灵敏的本地连接，这种统一的开发框架简化了创建智能家居产品的过程。

Matter并具有向后兼容性，Matter允许旧的HomeKit设备与支持Matter的新设备无缝集成，用户可以继续使用现有的HomeKit设备和Matter设备，而不会造成中断。

综上所述，Matter提供了更广泛的生态系统、交叉兼容性和一致的开发体验，使其成为旨在进入Apple Home生态系统开发者具有吸引力的选择。

为了缩短产品的开发周期，艾睿电子使用NXP、Murata、ST的解决方案开发了Matter生态系统参考设计。其中使用了NXP用于Thread板路由器的i.MX 8M和i.MX 93，以及Murata用于无线协同处理器的Type 2FR和Type 2EL，用于Wi-Fi端节点的Type ABR和Type 2HV，以及用于Thread/Wi-Fi端节点的Type 2FR，还有ST用于OpenThread终端节点的STM32WB，以下将为您介绍这些解决方案的功能特性。

满足广泛应用需求的应用处理器

NXP的i.MX 8M系列应用处理器是基于Arm Cortex-A53和Cortex-M4内核，具有先进的音频、语音和视频处理功能，适用于从消费类家用音频到工业楼宇自动化及移动计算等广泛应用。

i.MX 8M支持高品质视频，提供全4K UltraHD分辨率和HDR（Dolby Vision、HDR10和HLG），可提供高水平的专业音频保真度，具有20多个音频通道，每个通道384KHz，支持DSD512音频功能，适用于无风扇运行，散热系统成本低，电池使用寿命较长，并具有灵活的存储器选项，其最新的高速接口可提供灵活连接，NXP并提供10年和15年产品长期供货计划的全面支持，i.MX 8应用处理器是NXP EdgeVerse边缘计算平台的一部分。

NXP的i.MX 93应用处理器则是通过集成的EdgeLock安全区域提供高效的机器学习（ML）加速和高级安全，以支持高能效的边缘计算。i.MX 93应用处理器是i.MX系列中首个集成了可扩展的Arm Cortex-A55内核的产品，有助于提高Linux边缘应用及Arm Ethos-U65 microNPU的性能与能效，助力开发人员打造功能更强大、更具成本效益、更节能的ML应用。

i.MX 93处理器采用NXP创新的Energy Flex架构，可优化工业、物联网和汽车设备的性能与能效。SoC针对汽车、工业和消费电子物联网细分市场提供丰富的外设。作为EdgeVerse智能边缘解决方案的一部分，i.MX 93系列提供消费电子、工业、扩展工业和汽车级认证的产品，并由NXP产品长期供货计划提供支持。

高度集成的无线网络控制器模块

Murata的Type ABR则是基于NXP 88MW320（无线微控制器）的小型模块（集成PCB 天线），支持Wi-Fi 802.11 b/g/n高达72.2 Mbps PHY数据速率，并具有用于主机端应用的集成200MHz ARM Cortex-M4F MCU。Type ABR的尺寸仅有22.0 x 19.0 x 2.4 mm（典型），集成PCB天线和U.FL连接器，模块上的SPI闪存高达2MB，支持UART Wi-Fi主机接口和GPIO控制，通过FCC/IC认证，并可提供CE测试报告。

Type ABR通过其集成的ARM Cortex-M4F MCU轻松实现独立的消费类应用，通过NXP强大的EZ-Connect工具（WMSDKA）允许客户快速、轻松地定制他们的解决方案。除了独立的WMSDKA配置外，NXP还提供MCUXpresso集成解决方案，其中可与Murata的ABR mikroBUS EVB与LPCXpresso55S16/28/69开发板搭配使用。Type ABR模块可通过WMSDKA固件支持的简单串行接口，为NXP LPC MCU提供WLAN链路。

Murata Type 2EL是一款基于NXP IW612组合芯片组的小型高性能模块，支持Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac/ax，以及Bluetooth 5.3 BR/EDR/LE + 802.15.4，支持高达601Mbps Wi-Fi上的PHY数据速率和Bluetooth上的2Mbps PHY数据速率。WLAN部分支持SDIO v3.0 DDR50接口，Bluetooth部分支持高速4线UART接口和用于音频数据的PCM。Type 2EL模块采用令人印象深刻的小型屏蔽外形尺寸封装，有助于集成到尺寸和功耗敏感的应用中，例如物联网应用、手持无线系统、网关等。

Murata的Type 2FR/2FP则是一款MCU结合Wi-Fi/BLE/Thread的无主机模块，采用NXP RW612/RW610芯片组，内置260 MHz Arm Cortex M33 MCU，结合802.11 a/b/g/n/ac/ax，以及BLE 5.3与Thread（仅限2FR），最大尺寸仅有12.0 x 11.0 x 1.5 mm，支持以太网802.3（有线）、SDIO 3.0（WLAN）、USB-OTG、I2C、I2S、SPI、USART，并支持FCC/IC/TELEC“参考”认证（待定）与CE施行测试报告（待定），提供单或双（独立BLE/（仅限Thread-2FR））天线配置，以及U.FL连接PCB天线或Murata定制的PCB走线天线选项。

Murata也推出Type 2FR评估套件（EVK），具有复位按钮与两个用户定义的按钮，以及5个可配置LED，EVK的板载PCB天线即将获得认证，内置PIR运动和温度I2C传感器，支持mikro-BUS、Arduino、PMOD、I2C、扩展接口，以及USB调试／控制台、USB OTG，具有ARM 10针接口（SWD或JTAG），可通过跳线配置启动控制，具有QSPI闪存与32 KHz慢速时钟、电流测量跳线（电阻选项）、以太网端口。

Type 2HV则是Murata最新的低成本物联网Wi-Fi/BT无主机模块，它集成了无线连接和网络协议栈，提供超低功耗，使其成为物联网应用的理想选择。Type 2HV凭借高达160MHz的集成超低功耗32位ARM MCU，轻松实现独立消费类应用，并具有2MB闪存和288KB RAM内存。它提供多种通信接口，包括UART/I2C/SPI和各种GPIO，Type 2HV SDK允许客户快速轻松地定制他们的解决方案。

用途多样的双核多协议无线微控制器

ST的STM32WB系列是双核多协议无线STM32WB微控制器，支持Bluetooth Low Energy、Zigbee、Thread和Matter连接，STM32WB无线微控制器基于以64 MHz运行的Arm Cortex‐M4内核（应用处理器）和以32 MHz运行的Arm Cortex‐M0+内核（网络处理器），是一种自给自足型解决方案。该系列微控制器采用片上系统（SoC）封装，其中嵌入了连接功能和一个通用微控制器。

STM32WB提供经过认证的Bluetooth Low Energy 5.4无线电协议栈、Bluetooth SIG配置文件，以及符合V1.0标准的Mesh拓扑。STM32WB SDK还支持面向Bluetooth Low Energy解决方案（包括Zephyr和Arm Cordio协议栈）的主机控制器接口（HCI）。STM32WB支持IEEE 802.15.4标准（Zigbee和Thread），以及IEEE 802.15.4 MAC层，支持设计人员采用任何专有协议。

STM32WB还支持Zigbee（Zigbee PRO 2017），其占用空间经过优化，可支持所有Zigbee网络拓扑。Zigbee RFD和FFD涵盖了终端设备、协调器和路由器角色。此外，还支持OpenThread，该技术已加入到所有MTD、FTD和边界路由器中。它涵盖了休眠终端设备（SED）、路由器和领导者角色，因此也支持网关基础设施。该系列微控制器提供多种经过认证的配置，可在尺寸和OTA功能方面提高设计自由度，从而实现平台优化。

STM32WB MCU支持Matter协议，在Matter网络中，Bluetooth Low Energy用于调试设备，它可以在动态并发模式下与Thread协议同时运行。STM32WB多协议MCU可以在并发模式下同时运行Bluetooth Low Energy 5.4与802.15.4无线协议、Zigbee或OpenThread协议。这有助于在安装和配置过程中更方便地管理设备，显着提升整体用户体验。

STM32WB MCU集成式解决方案不仅具有连接功能，还包括无线应用MCU处理器，可简化设计工作，可借助Bluetooth Low Energy 5.4技术打造创新设备，输出功率超出10 dBm，可扩展远端通信范围，支持设备通信广播扩展，延长电池寿命，可确保快速、可靠的数据传输，提升应用效率（测评分数达到407 CoreMark），并保护IP和隐私（已通过SESIP3认证），提供成熟的STM32Cube生态系统，可加快产品上市速度。