I sistemi a chip singolo e gli MCU per i dispositivi di domotica abilitati per Matter svolgono molteplici ruoli nelle reti a maglie

Il mercato globale delle tecnologie per la casa intelligente nel 2025 è stato valutato intorno ai 147,5 miliardi di dollari con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) previsto del 21,4% fino al 2034. Questa crescita è in parte trainata dall'interoperabilità resa possibile dallo standard Matter.

Matter, nato nel 2019 come progetto Connected Home over IP (CHIP), un consorzio di aziende che collaborano per realizzare reti di domotica open-source, ha lanciato la versione 1.0 nel 2022 e ha pubblicato la versione 1.5 nel novembre 2025. Un principio chiave dello standard è la promessa che i prodotti certificati Matter possano connettersi tra loro e agli hub di domotica prodotti da qualsiasi membro del consorzio Matter, che include Google, Amazon, Apple e Samsung.

Ogni nuova versione dello standard supporta un maggior numero di tipi di dispositivi, consentendo loro di connettersi localmente tramite IPv6 e reti a bassa latenza a bassa potenza senza la necessità di un gateway cloud. L'elenco degli attuali dispositivi abilitati per Matter comprende luci e prese intelligenti, elettrodomestici, sensori, rivestimenti per finestre, climatizzatori e pompe di calore, pannelli solari, router Wi-Fi, altoparlanti, lettori video e molto altro ancora.

I consumatori che aggiungono dispositivi di questo tipo alle loro reti di domotica vogliono una connettività e una funzionalità ininterrotte. Per raggiungere questo obiettivo, gli OEM devono integrare l'architettura Matter nei loro prodotti fin dall'inizio.

La creazione di un sistema Matter

I dispositivi di un sistema di domotica Matter possono avere uno o più dei seguenti ruoli: gateway, controller, nodo periferico, nodo finale e ponte. Il gateway collega il sistema a Internet e utilizza il Wi-Fi per interfacciarsi con i controller, i nodi periferici e i ponti. I controller inviano comandi ai nodi periferici e finali, mentre i nodi periferici e i ponti si limitano a instradare le informazioni tra i nodi e il gateway o il controller senza applicare logica.

Un altro principio chiave dell'architettura Matter è l'efficienza energetica attraverso comunicazioni in radiofrequenza (RF) a bassa potenza. La connettività Bluetooth viene utilizzata per la messa in servizio iniziale dei dispositivi nella rete, ma la rete stessa è formata da altri protocolli che utilizzano la stessa banda di frequenza. Le reti Matter utilizzano il protocollo Thread a bassa energia per creare una rete a maglie autorigenerante a bassa latenza. I ponti fungono da traduttori che collegano alla rete i dispositivi che utilizzano altri protocolli, come Zigbee (Figura 1).

Figura 1: Una rete di domotica Matter è composta da un gateway (cerchiato in blu), controller (celeste), router di confine Thread (rosso), ponti (viola), nodi periferici (verde) e nodi finali (arancione). (Immagine per gentile concessione di NXP)

I dispositivi di una rete Matter devono essere dotati di capacità di comunicazione wireless (banda stretta, Wi-Fi o entrambe) e di un'unità microcontroller (MCU) per l'esecuzione di applicazioni, la gestione delle comunicazioni e la garanzia di sicurezza dei dispositivi. La scelta del protocollo di comunicazione e delle specifiche dell'MCU dipendono dal ruolo di rete del dispositivo, dal profilo di utilizzo dell'energia e dallo scopo per l'utente. Ad esempio, una lampadina intelligente che funge da nodo finale può avere un'architettura semplice sufficiente a consentirle di ricevere ed eseguire comandi di accensione e spegnimento, mentre un router è molto più complesso.

Sistemi a chip singolo per la domotica

I router di confine Thread devono equilibrare l'efficienza energetica e la bassa latenza attese dalle reti Matter con la complessità della gestione delle comunicazioni Thread e Wi-Fi, della sicurezza dei dispositivi e dell'esecuzione delle applicazioni. Il modulo tri-radio Wi-Fi 6 RW61X di NXP Semiconductors combina un core di elaborazione, una radio Wi-Fi in grado di trasmettere canali a 20 MHz nelle bande a 2,4 GHz e 5 GHz, una radio a banda stretta per la messa in funzione e la rete a maglie e un'enclave protetta per gestire le chiavi dei dispositivi e il provisioning di attendibilità in un singolo chip che funziona con un'alimentazione esterna di 3,3 V (Figura 2).

Figura 2: Il modulo tri-radio Wi-Fi 6 RW61X gestisce due bande di radio Wi-Fi, una radio locale a banda stretta, un MCU a 260 MHz e la sicurezza integrata con un'alimentazione esterna di 3,3 V. (Immagine per gentile concessione di NXP)

Il sottosistema MCU di RW61X è dotato di un core Arm® Cortex®-M33 a 260 MHz con sicurezza hardware TrustZone™-M e 1,2 MB di SRAM. L'MCU può comunicare con i dispositivi tramite interfacce SPI e UART, con i sensori tramite un'interfaccia I²C e con i dispositivi di ingresso audio tramite un'interfaccia I²S. Un protocollo temporale di precisione (PTP) consente la sincronizzazione della rete attraverso lo strato fisico (PHY) del modulo Ethernet da 100 Mbps del chip.

I chip RW61X supportano il protocollo Matter over Wi-Fi con Wi-Fi 6 per migliorare la connettività di rete e l'efficienza energetica. L'amplificatore di potenza (PA) e l'amplificatore a basso rumore (LNA) RF integrati di RW61X si combinano con una potenza di trasmissione di 125 mW per garantire una comunicazione robusta. Il protocollo WPA Livello 3 fornisce la crittografia e la sicurezza.

Matter over Thread è supportato anche tramite Bluetooth LE o IEEE 802.15.4. I chip, certificati Bluetooth 5.2 e 5.4, supportano diverse modalità operative Bluetooth, come una modalità ad alta velocità a 2 Mbps, una modalità a lungo raggio che utilizza un PHY codificato per trasmettere i dati più lentamente su una distanza maggiore e una modalità per le estensioni, in cui i dispositivi possono trasmettere pacchetti più grandi per consentire la rilevazione. Questo modulo radio a banda stretta utilizza anche PA e LNA RF per ottenere una potenza di trasmissione di 32 mW.

Nei chip RW61X, la sicurezza (un componente importante degli ecosistemi di domotica di Matter) è gestita attraverso EdgeLock Secure Enclave. Questo hardware resistente alle manomissioni stabilisce una radice di attendibilità certificando i dispositivi attraverso i loro certificati, le chiavi crittografiche e le identità. Le protezioni per aggiornamenti, debug e avvio sicuro, la crittografia hardware e la funzione fisica non clonabile (PUF) consentono ai chip RW61X di soddisfare i framework SESIP Assurance Livello 3 e certificazione PSA Livello 3.

Chip a bassa potenza per i nodi finali

Mentre i chip RW61X possono fungere da router di confine Thread, hub di domotica e nodi periferici, i nodi finali alimentati a batteria come sensori e serrature intelligenti richiedono architetture molto più semplici. I microcontroller serie MCX W di NXP sono ottimizzati per comunicazioni Matter over Thread e Zigbee ad alta efficienza energetica (Figura 3).

Figura 3: I microcontroller serie MCX W di NXP Semiconductors combinano una radio a banda stretta con un core di elaborazione e una memoria dedicati, con un MCU a 96 MHz. (Immagine per gentile concessione di NXP)

Gli MCU serie MCX W dispongono di un core di elaborazione e di una memoria dedicati alla radio Bluetooth LE e IEEE 802.15.4, nonché di un processore principale Arm Cortex-M33 a 96 MHz con una memoria Flash da 1 MB a 2 MB e una RAM da 128 kB a 256 kB. Come nei chip RW61X, gli MCU serie MCX W gestiscono la sicurezza attraverso EdgeLock Secure Enclave con supporto cloud EdgeLock2GO. Il loro design robusto garantisce il mantenimento della connessione dei dispositivi dei nodi finali in un ampio intervallo di temperatura da -40 a 125 °C.

Oltre a funzionare in un dispositivo nodo finale, gli MCU serie MCX W possono essere anche accoppiati con i chip RW61X e simili. In questa configurazione, il sottosistema radio indipendente della serie MCX W alleggerisce la CPU principale delle attività di connettività liberandola per l'esecuzione dell'applicazione primaria. Quando accoppiati, gli MCU serie MCX W svolgono un ruolo importante negli hub, negli elettrodomestici e nei gateway di domotica.

Intelligenza nella supply chain

I progettisti di reti e prodotti di domotica potrebbero sentirsi sopraffatti dal numero di componenti disponibili e dalle loro possibili configurazioni. Prodotti quali i chip RW61X e gli MCU MCX W possono essere d'aiuto grazie alla loro capacità di ricoprire più ruoli in una rete di domotica.

I progettisti possono ottenere supporto per la programmazione con Zephyr RTOS ottimizzato per IoT attraverso MCUXpresso IDE/MCUXpresso for Visual Studio Code e Application Code Hub di NXP. Possono anche prototipare i loro progetti con schede di sviluppo di basso costo come FRDM-RW612 (Figura 4).

Figura 4: La scheda di sviluppo FRDM-RW612 di basso costo semplifica la prototipazione di progetti di router di confine Thread e controller Matter con i chip RX61x. (Immagine per gentile concessione di NXP)

Oltre a queste schede di sviluppo, alla serie completa di chip RW61X e agli MCU serie MXC W, il portafoglio di NXP comprende altri componenti che li completano per l'utilizzo nei dispositivi e nelle applicazioni di domotica. I progettisti di tecnologie per la casa intelligente possono utilizzare il sito web di NXP per trovare tutti i prodotti necessari per i loro progetti, oltre a informazioni tecniche e risorse didattiche pertinenti.

Conclusione

Il mercato delle applicazioni per la domotica continua a crescere, alimentato in parte dall'interoperabilità multipiattaforma resa possibile dai protocolli di connettività di rete Matter. I componenti hardware progettati per le reti di domotica, come i chip RW61X e gli MCU serie MCX W di NXP, possono ricoprire più ruoli di rete complementari. I progettisti possono usufruire dell'ampia gamma di prodotti disponibili, di una libreria completa di informazioni tecniche sui componenti di domotica e di risorse didattiche, tutto in un unico posto, per progettare la casa intelligente di prossima generazione.