通过ST4SIM使物联网工程师更容易访问蜂窝网络

ST推出的ST4SIM，这是我们首款通过 GSMA 认证的用于工业和消费物联网以及汽车的 eSIM. 我们决定发布该设备，以便为工程师提供更灵活的方式来使用蜂窝网络。eSIM 革命通过解放开发人员，继续促进蜂窝应用的发展。实际上，eSIM 可以轻松切换到不同的网络提供商，而不是绑定到一个运营商。新推出的 ST4SIM 系列有多种型号。有些具有基本配置 （ST4SIM-100x），而另一些则通过 GSMA 认证 （ST4SIM-200x），具有加密功能 （ST4SIM-x10），甚至是汽车认证 （ST4SIM-xxxA）。5G 版本甚至在路上。因此，让我们探索 ST 的最新 eSIM、它的第一个模块、它的第一个板，看看它们如何解决挑战，使物联网工程师更容易访问蜂窝网络。

所有 ST4SIM

ST4SIM 和设计挑战

设备或效率解决方案

ST4SIM 符合 GSMA M2M 和 SIMalliance 规范，支持 4G （LTE）、CAT-M 和 NB-IoT 等。因此，工程师们知道新的 ST4SIM 与全球几乎所有的网络和运营商兼容。此外，新的 eSIM 还提供WLCSP 和 MFF2以及其他封装。晶圆级芯片级封装的小尺寸和大批量成本效益使其成为工业应用的最爱。另一方面，MFF2 是一个非常标准的封装，将吸引已经在从事蜂窝应用工作的工程师。

促使 ST 进入 eSIM 领域的原因之一是帮助工程师创建更高效的应用程序。设计团队有时难以优化蜂窝连接的性能和功耗。此外，由于物联网产品通常依赖于小型电池，因此优化不佳会产生滚雪球效应，尤其是当某些产品必须在该领域使用单块电池才能使用十年时。ST4SIM 解决此问题的一种方法是在 eSIM 和调制解调器之间提供 ISO/IEC 7816 协议。因此，当后者进入睡眠状态（省电模式 （PSM） 或空闲模式下的扩展非连续接收 （i-eDRX） 时，它可以关闭 eSIM 以提高能源效率。同样，ST4SIM 也有一个 SPI 接口，使微控制器能够更有效地与其安全元件进行通信。

模块或集成解决方案

为了让新的 eSIM 更易于使用，村田推出了 LBAD0ZZ1SE 模块，其中包括一个 ST4SIM-200M、一个STM32L462和一个 LTE Cat M1/NB-IoT 蜂窝调制解调器。该组件解决了许多设计挑战，并提供了足够强大的微控制器来处理大多数物联网应用。因此，可以创建不需要额外 MCU 的解决方案。该模块甚至在 STM32L4 的 512 KB 闪存和 160 KB RAM 之上额外增加了 1 MB 闪存，足以处理来自传感器的数据并将其发送到云端，而 MCU 的功耗仅为 2 µA在 STOP 模式下将确保较长的电池寿命。

该模块获得了 GCF/PTCRB 认证，这表明它集成了所有必要的组件，包括天线连接器和电源调节器 （LDO）。因此，团队只需将天线连接到 µFl 连接器和能够提供 3.3 V 电压的电池。因此，配置非常简单，绕过了与 eSIM 相关的许多固有复杂性。开发人员可以简单地使用 STM32 的总线接口（SPI、UART 或 I2C）来快速利用该模块。

ST4SIM 和实施挑战

B-L462E-CELL1 或硬件解决方案

B-L462E-CELL1是 2018 年推出的 P-L496G-CELL02的替代产品，可作为试验村田模块的最快方式和快速创建新产品的参考设计。事实上，工程师在他们的 PCB 上工作时可以研究 ST 的原理图并使用该电路板开始他们的应用程序。例如，它仅在模块中使用STM32L4来帮助设计人员根据此类用例中最流行的 MCU 之一调整他们的需求。还有一个插槽供团队使用其运营商的塑料 SIM 卡。B-L462E-CELL1 将自动检测和使用它，更加方便。同样，我们包括一个0.96 英寸的 OLED 显示屏使应用程序能够显示某些信息，例如运营商名称、信号强度 （RSSI） 或从 Internet 接收的时间和日期。

B-L462E-CELL1 上的低功耗音频编解码器可能会让一些人感到惊讶。ST 决定添加它以及用于耳机的3.5 毫米插孔，因为该模块确实提供了一些VoIP 功能。但是，开发人员必须联系村田来解锁它们。探索套件还包括一个STMod+ 端口，可以更轻松地连接其他扩展板并促进原型设计。我们还包括无数传感器，以允许团队开发可以远程监控环境条件的应用程序。最后，用户可以通过其USB 端口或三节 AAA 电池为开发板供电。 结果，可以更容易地在现场使用该板。此外，系统无需移动跳线即可自动检测电源的来源。

B-L462E-CELL1 的组件

Truphone 或蜂窝计划解决方案

一旦工程师拿到 B-L462E-CELL1，他们可以立即享受他们的蜂窝连接，这要归功于 ST 授权合作伙伴Truphone。这家移动虚拟网络运营商在 90 天内免费提供 50 MB 数据和一些短信功能。包含 B-L462E-CELL1 的盒子将包含有关如何使用 Truphone 的门户网站注册和激活数据计划的说明。我们添加了下面的视频来展示如何在激活过程之前从串行终端获取 eSIM 的 ICCID。该模块的 LTE Cat M/NB-IoT 调制解调器还意味着可以使用现有的最佳技术。

读者可以查看Truphone 的覆盖页面，了解他们所在国家/地区可用的蜂窝协议。此外，意法半导体还与其他供应商合作。Truphone 的连接平台使用户能够从 GSMA 定义的移动运营商处下载和启用配置文件。因此，工程师应该期待全球范围内的强大支持，并且在许多情况下，他们的操作员会被自动识别。此外，希望验证远程 SIM 配置服务的客户可以联系 Truphone 或 ST 支持团队以获取更多信息。

X-CUBE-CELLULAR 或软件解决方案

ST 开发生态系统的另一个关键方面是X-CUBE-CELLULAR软件扩展包。它的优势之一来自于它的抽象层，它使工程师能够通过主要使用 ST 提供的目标调制解调器驱动程序重新编译来切换到不同的调制解调器。X-CUBE-CELLULAR 还支持与 ST4SIM 通信的抽象层。开发人员只需要通过调制解调器使用 ISO 接口或通过 SPI 直接通信。与传统一样，X-CUBE-CELLULAR 提供应用示例。例如，开发人员可以使用 ST 的软件发送ping 命令或 TCP 和 UDP 回显消息，通过检查延迟来评估 Internet 上端到端通信的质量。此外，关于 X-CUBE-CELLULAR 的 Wiki将引导开发人员了解操作方法、提示和最常见的问题。实际上，该软件包提供了旨在极大地促进应用程序开发的广泛功能。

X-CUBE-CELLULAR 的中间件管理蜂窝连接的配置并维护服务的可用性。例如，它根据最终用户定义的策略选择正确的 SIM 卡并相应地配置 APN。然后 X-CUBE-CELLULAR 将指示调制解调器连接到蜂窝网络并监控所有网络状态事件。它甚至会通知应用程序蜂窝服务已准备好进行数据连接，以避免网络状态轮询。客户还可以使用中间件来利用 ST4SIM 安全元件来存储敏感信息。处理证书和密钥以通过 Internet（TLS 或 DTLS）进行安全设置和加密通信变得更加简单。该软件包还支持使用 Truphone 的 eSIM Remote SIM Provisioning 平台进行远程 SIM 切换。X-CUBE-CELLULAR 包仅监控 SIM 切换事件以重新配置系统并将其重新连接到网络。

一种处理蜂窝应用程序的新方法

太多的团队经常低估蜂窝解决方案开发背后的复杂性。传统上，工程师需要了解每个调制解调器供应商的 AT 命令并围绕它们编写应用程序。开发人员还必须采用严格的防御性编程范例，以确保其系统的稳健性，无论可能出现什么问题。例如，在网络丢失的情况下，代码可能需要轮询网络状态以重新建立连接。X-CUBE-CELLULAR 中间件代表应用程序完成所有这些工作，并使开发人员能够像使用简单的 IP 协议一样处理蜂窝连接。

该软件包甚至支持基于流行的 BSD 套接字的标准接口，使事情变得更加直观。它还使集成第三方解决方案变得更加容易。因此，ST 正在与合作伙伴计划的成员合作，这些成员在 X-CUBE-CELLULAR 之上预集成了他们的云中间件，例如 LwM2M。

审核编辑：郭婷