Matter解決物聯網和智能家居難題

Matter是一種針對智能家居、住宅和商業建筑使用的單一統一連接標準，該標準旨在為消費者提供更好的體驗，并減輕開發人員的工作量，已經逐漸受到廠商與使用者的關注。本文將為您介紹Matter技術的發展，以及Nordic在相關應用推出的解決方案。

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徹底改變智能家居應用生態的新標準

縱觀當今的物聯網和智能家居應用，智能家居行業在過去十年中取得了巨大的增長，一系列無線連接的智能設備涌入家庭，為家庭生活帶來自動化和便利，像是可以連網的揚聲器、燈泡和百葉窗，它們都可以通過智能手機或專門的家庭助理進行遠程激活。據估計，當今世界約有1.75億個人在使用智能家居，預計到2025年將有超過130億智能家居設備在使用中。

然而，即使擁有所有最新的設備和創新，最終用戶在讓他們的設備可靠地通信、互連和協同工作時，仍然感到困惑和沮喪，許多由不同廠家所開發的產品在串聯上經常會出現問題，這些問題會降低用戶的采用率，加大創新上的難度，難以實現互操作。

隨著家庭自動化和智能家居行業多年來的發展，出現了各種連接標準，其中包括Z-Wave和Zigbee，而藍牙和Wi-Fi等協議也發揮了重要作用。每個協議都開辟了一個利基市場，但沒有一個協議能夠成功成為智能家居市場的默認或主要標準，這反映在消費者在設備級別體驗的碎片化上。

有鑒于此，連接標準聯盟（Connectivity Standards Alliance, CSA）聯合了世界上最大的品牌，像是亞馬遜、蘋果、谷歌等公司，進行Matter標準的倡議與開發，這種集中式的標準化工作，將可確保制造商、設計師、消費者和整個社會，都將從易于訪問的技術中獲益。目前已經有超過220家公司和2100名個人參與Matter標準的制定，Matter由于得到了世界上眾多大型科技公司的支持，這種新的統一連接標準，將徹底改變智能家居應用的生態。

提升安全性與互操作的Matter技術

從設備到設備協議的角度來看，Matter標準與其他標準在概念上沒有太大區別，但主要區別則在于行業的采用、支持和動力，因為其涉及所有全球和重要的生態系統，這是主要區別之一。特別是在2021年，將Matter集成到其產品中的公司數量大幅增加，如此一來，將增加最終客戶的互操作性選擇，Matter有可能成為智能家居事實上的標準。

Matter的另一個關鍵區別之一是建立在互聯網協議（IP）之上，IP可實現可擴展性和可尋址性，并將互聯網帶入物聯網設備。Matter可使用Thread、Wi-Fi或以太網等標準進行消息傳輸，并可使用BLE來簡化設備的調試，Wi-Fi則可用于低帶寬和高帶寬應用，將來還可以連接像是蜂窩物聯網設備。Matter規范還支持技術之間的橋接，以確保互操作性，通過橋接設備，使用者將可以保留現有的設備，并繼續推進Matter的互操作性。

Matter旨在確保設備和信息的安全和私密性，同時仍然易于使用，基礎是建立在確保使用完全透明的開放標準，來將物聯網設備與Matter聯系起來。Matter嚴格的安全和隱私原則為開發人員提供了一個安全基準，用于保護新的物聯網設備，以及保護數據和信息交易。此外，Matter協議和數據模型涵蓋了從設備到移動和云通信的核心操作功能。

Matter規范的“多管理”功能，將使連接的設備能夠被多個智能家居生態系統輕松控制。Multi-Admin將客戶從單一供應商的圍墻花園中解放出來，讓他們可以根據喜好自由混合搭配。例如，可以選擇使用Apple Siri和Amazon Alexa語音助手之一，甚至同時使用它們來控制Nest恒溫器。

滿足智能家居應用所需的軟件和硬件

Nordic半導體對智能家居市場的投入由來已久，由于Nordic看到每個生態系統都有不同的解決方案，這給作為制造商的Nordic和客戶都帶來了挑戰，不幸的是，它也會給最終消費者帶來困惑和挫敗感。

有了Matter及其所有領先生態系統的支持，Nordic相信Matter有潛力滿足智能家居市場的需求。Nordic半導體是Bluetooth LE和Thread的領先供應商，這些技術也將用于Matter規范。因此，從技術的角度來看，為Nordic的器件提供對Matter的支持將極具意義。

Nordic為Matter開發者提供軟件和硬件，其中最值得推薦的是nRF52840或nRF5340系統級芯片（SoC），以及這兩種器件的開發套件，包括可在線免費獲取的nRF Connect SDK，該SDK包括Matter的開源實現，可通過GitHub獲得，并針對Nordic SoC進行了優化，其中還包括針對門鎖、燈泡、開關和溫濕度偵測的示例，它們為用戶提供了一個起點，并進一步簡化了基于Matter的新產品的開發。Nordic并與Google、Assa Abloy、Eve和Leedarson合作創建了一個智能家居演示，展示了基于Matter的語音控制、門鎖、恒溫器和燈泡。Nordic并在YouTube、優酷與DevZone上提供眾多的免費資源。

高度集成的多協議系統級芯片

Nordic推出的nRF52840系統級芯片（SoC），是一款具有完全協議并發能力的多協議藍牙5.2 SoC，可同時支持低功耗藍牙、藍牙Mesh、NFC、Thread和Zigbee、802.15.4、ANT和2.4 GHz專有協議棧。nRF52840 SoC是nRF52系列中最先進的一員，它可以滿足需要協議并發性、豐富外圍設備和復雜應用所面臨的挑戰。它并為閃存和RAM提供了充足的內存，而這些正是高要求應用的必備條件。

nRF52840基于帶有浮點單元的32位ARM Cortex-M4 CPU，主頻為64 MHz。內置NFC-A標簽可用于簡化的配對和支付解決方案。該芯片內置ARM TrustZone CryptoCell密碼算法單元，可獨立于CPU高效執行密碼算法任務。它有許多數字外設和接口，如高速SPI和QSPI接口，用于連接到外部閃存和顯示器，PDM和I2S連接數字麥克風和音頻。此外還有一個全速USB設備，用于數據傳輸和作為電源為電池充電，并通過精密的片上自適應電源管理系統，實現了極低的功耗。

Nordic的另一款nRF5340 SoC則是可支持低功耗藍牙、藍牙Mesh、NFC、Thread和Zigbee的雙核藍牙5.2 SoC。nRF5340是全球首款擁有兩個Arm Cortex-M33處理器的無線連接SoC，擁有兩個靈活的處理器、先進的功能，以及高速SPI、QSPI、USB與最高105℃的工作溫度，還結合了更高的性能、內存和集成度，同時實現了靜態電流的最小化。使其成為低功耗音頻、專業照明、高級可穿戴設備和其他復雜物聯網應用的理想選擇。

該應用處理器還針對性能進行了優化，且可以使用電壓頻率調節功能以128M或64 MHz時鐘頻率運行。它有1 MB的閃存、512 KB的RAM，一個浮點單元（FPU）、一個8 KB的雙向關聯高速緩存和DSP指令。網絡處理器的主頻為64 MHz，并針對低功耗和效率（101 CoreMark/mA）進行了優化，它有256 KB的閃存和64 KB的RAM。

可擴展的統一軟件開發套件

Nordic的nRF Connect SDK則是nRF5340 SoC的軟件開發套件，用于構建低功耗藍牙、Wi-Fi、蜂窩物聯網、藍牙Mesh、Thread、Zigbee和Matter產品的軟件開發套件提供完整的解決方案，集成了Zephyr RTOS和范圍廣泛的應用示例、應用程序協議、協議棧、庫和硬件驅動程序。

nRF Connect SDK是一個可擴展的統一軟件開發套件，用于構建基于Nordic所有nRF52、nRF53、nRF70和nRF91系列無線器件的產品。它為開發人員提供了一個可擴展的框架，用于為內存受限的設備構建大小優化的軟件，以及為更高級的設備和應用構建功能強大且復雜的軟件。

為了開發低功耗藍牙、Wi-Fi、藍牙Mesh、Thread、Zigbee和Matter產品，nRF Connect SDK包含所有需要的軟件，包括協議棧。nRF Connect SDK還提供了HomeKit配件開發套件的獨特集成，用于使用HomeKit over Thread和HomeKit over Bluetooth Low Energy開發產品。它是一種高度優化的解決方案，可讓電池供電的產品同時在單個芯片上運行HomeKit附件協議（HAP）和應用程序固件。

nRF Connect SDK為Nordic所有的器件和軟件組件提供單一代碼庫，它簡化了從一個應用到另一個應用的移植模塊、庫和驅動程序，從而減少了開發時間。通過使開發人員能夠為其應用挑選和選擇必要的軟件組件，可以保證高內存效率。

nRF5340 DK則是nRF5340 SoC的開發套件，此套件內置單板開發所需的一切工具。這款開發套件支持使用多種無線協議進行產品開發。它支持低功耗藍牙，具有2 Mbps高數據吞吐量、廣播擴展和長距離等功能。藍牙Mesh、Thread和Zigbee之類的網格協議可以與低功耗藍牙同時運行，從而使得智能手機能夠配網、入網、配置和控制Mesh節點，還支持NFC、ANT、802.15.4和2.4 GHz專有協議。

nRF5340 DK可通過接頭連接器和邊緣連接器使用所有的模擬和數字接口，以及GPIO端口。該套件與Arduino Uno Rev3硬件兼容，這意味著它可以輕松與外部設備擴展板連接。

結語

Matter技術的應用正在推動物聯網和智能家居領域的發展，讓不同品牌的設備能夠進行互通和互動，提高了物聯網和智能家居的互操作性，增加了使用者的方便性和體驗。Nordic推出了支持Matter技術的高度集成SoC，以及相關的開發工具套件，將可加快客戶的產品開發速度，積極搶進物聯網和智能家居市場。

編輯：黃飛

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