Vorstellung des Espressif ESP32-C3

Der ESP32-C3 ist ein kostengünstiger, RISC-V basierter SoC Wi-Fi und Bluetooth LE 5.0 Konnektivität für sichere IoT Anwendungen.

Shanghai (China), 27. November 2020

Espressif lancierte die SoCs ESP8266 im Jahr 2014 und den ESP32 im Jahr 2016. Der ESP8266 mit seiner Wi-Fi-only MCU erleichterte einfache Konnektivitäts-Anwendungsfälle, während der ESP32 Anwendungen adressierte, die duale Konnektivität (Wi-Fi + Bluetooth/Bluetooth LE), deutlich mehr Rechenleistung oder starke Sicherheitsfunktionen erforderten. Diese beiden Chips wurden zu unangefochtenen Segmentführern auf dem IoT-Markt und trieben eine große Anzahl vernetzter Geräte an. In der Zwischenzeit ist der IoT-Markt selbst nicht nur Mainstream geworden, sondern auch in Bezug auf Funktionen und Kostenerwartungen gereift. Von nun an verstehen wir bei Espressif, wann immer wir ein neues Produkt definieren, dass wir ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Funktionen und Kosten finden müssen. Das Einheitsmodell ist also nicht länger praktikabel und es sollte mehrere Produkte für verschiedene Bedürfnisse geben. Daher führt Espressif für einfache und sichere Konnektivitäts-Anwendungen den ESP32-C3 ein.

ESP32-C3 versucht, die häufigsten Anforderungen an vernetzte Geräte zu erfüllen. Hier sind die wichtigsten Kriterien, die für das Design von ESP32-C3 berücksichtigt wurden:

• Sicherheit ist von größter Bedeutung. Selbst die kostengünstigste Konnektivitätslösung muss ein angemessenes Sicherheitsniveau für allgemeine Sicherheitsbedrohungen bieten.
• Die Verfügbarkeit von Bluetooth Low Energy ist nützlich, um die Benutzererfahrung und die Felddiagnose zu verbessern.
• Während die Kosten ein sehr wichtiger Parameter sind, ist die Verfügbarkeit von ausreichend Speicher für häufige Anwendungsfälle gleichermaßen wichtig. Die Optimierung von Anwendungen für die Speichernutzung, während solche Geräte mit eingeschränktem Speicher vor Ort gewartet werden, ist eine Herausforderung.

Der ESP32-C3 ist eine 32-Bit-RISC-V-basierte Single-Core-MCU mit 400 KB SRAM, die mit 160 MHz betrieben werden kann. Er hat 2,4 GHz Wi-Fi und Bluetooth LE 5.0 mit einer Remote Unterstützung integriert. Er verfügt über 22 programmierbare GPIOs mit für ADCs, SPI, UART, I2C, I2S, RMT, TWAI und PWM. Ein detailliertes ESP32-C3-Datenblatt ist bereits verfügbar.

Wichtigste Vorteile des ESP32-C3 für unsere Kunden.

Sicherheit

Die Angriffe auf vernetzte Geräte sind im Allgemeinen dazu gedacht:

1. Zugriff auf vertrauliche Daten zu erhalten
2. Unbefugte Kontrolle über das Gerät zu erhalten
3. Die Identität des Geräts stehlen und anschließend unbefugt einzusetzen mit Zugriff auf die Cloud des Geräts.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Angriffe auszuführen, entweder aus der Ferne, indem Software- und Protokollschwachstellen ausgenutzt werden, oder physisch, indem auf das Gerät zugegriffen wird, um direkten Flash-Zugriff und Fehlerinjektion zu ermöglichen. Anschließend können die Angriffe dauerhaft gemacht werden, indem die schädliche Firmware als Standard auf dem Gerät installiert wird.

Es ist wichtig, dass die Konnektivitäts-Plattform einen ausreichenden Schutz gegen diese Art von Angriffen bietet. Der ESP32-C3 wurde entwickelt, um dieses Bedrohungsmodell anzugehen.

Secure Boot: Der ESP32-C3 implementiert das standardmäßige RSA-3072-basierte Authentifizierungsschema, um sicherzustellen, dass nur vertrauenswürdige Anwendungen auf der Plattform verwendet werden können. Diese Funktion schützt vor der Ausführung einer im Flash programmierten schädlichen Anwendung. Wir wissen, dass ein sicherer Start effizient sein muss, damit Instant-On-Geräte (z.B. Leuchtmittel) diese Funktion nutzen können. Die sichere Startimplementierung von ESP32-C3 erhöht den Overhead beim Startvorgang um weniger als 100ms.

Flash-Verschlüsselung: Der ESP32-C3 verwendet das AES-128-XTS-basierte Flash-Verschlüsselungsschema, wobei die Anwendung sowie die Konfigurationsdaten im Flash verschlüsselt bleiben können. Der Flash-Controller unterstützt die Ausführung verschlüsselter Anwendungsfirmware. Dies bietet nicht nur den erforderlichen Schutz für vertrauliche Daten, die im Flash gespeichert sind, sondern schützt auch vor Änderungen der Laufzeit-Firmware, die Angriffe auf die Überprüfungszeit und die Nutzungsdauer darstellen.

Digitale Signatur und HMAC-Peripheriegerät: Der ESP32-C3 verfügt über ein Peripheriegerät für digitale Signaturen, das mithilfe eines privaten Schlüssels, der vor Firmware-Zugriff geschützt ist, digitale Signaturen generieren kann. In ähnlicher Weise kann das HMAC-Peripheriegerät einen kryptografischen Digest mit einem Geheimnis generieren, das vor Firmware-Zugriff geschützt ist. Die meisten IoT-Cloud-Dienste verwenden die auf X.509-Zertifikaten basierende Authentifizierung, und das Peripheriegerät mit digitaler Signatur schützt den privaten Schlüssel des Geräts, der die Identität des Geräts definiert. Dies bietet einen starken Schutz für die Identität des Geräts, selbst bei Exploits von Software-Schwachstellen.

World Controller: Der ESP32-C3 verfügt über ein neues Peripheriegerät namens World Controller. Dies bietet zwei vollständig voneinander isolierte Ausführungsumgebungen. Abhängig von der Konfiguration kann dies verwendet werden, um eine vertrauenswürdige Ausführungsumgebung (Trusted Execution Environment, TEE) oder ein Berechtigungstrennungsschema zu implementieren. Wenn die Anwendungsfirmware eine Aufgabe hat, die sich mit vertraulichen Sicherheitsdaten befasst (z. B. dem DRM-Dienst), kann sie den World Controller nutzen und die Ausführung isolieren.

Bluetooth LE 5.0 mit Long-Range Unterstützung
In der Regel verwenden vernetzte Geräte Wi-Fi-Konnektivität, um eine Verbindung zu Cloud-Diensten herzustellen. Nur stellen Wi-Fi-Geräte jedoch einige Schwierigkeiten bei der Netzwerkkonfiguration dar, da diese Geräte dem Provisioner kein zuverlässiges Konfigurationsfeedback liefern, während iOS- und Android-Provisioner gleichzeitig eine zusätzliche Komplexität bei der Verbindung mit dem Netzwerk aufweisen. Die Verfügbarkeit von Bluetooth LE-Funk im Gerät erleichtert die Bereitstellung. Darüber hinaus bietet Bluetooth LE eine einfache Erkennung und Steuerung in der lokalen Umgebung.

Frühere Versionen des Bluetooth LE-Protokolls hatten eine kleinere Reichweite, und dies machte es nicht sehr geeignet für ein Protokoll zur lokalen Steuerung in großen Räumen, z.B. große Häuser. Der ESP32-C3 bietet Unterstützung für das Bluetooth LE 5.0-Protokoll mit codiertem PHY und erweiterten Anmeldefunktionen. Außerdem bietet es Datenredundanz für die Pakete und verbessert so die Reichweite (normalerweise 100 Meter). Darüber hinaus unterstützt es das Bluetooth LE Mesh-Protokoll. Dies macht es zu einem starken Kandidaten für die Steuerung von Geräten in einem lokalen Netzwerk und für die direkte Kommunikation mit anderen Bluetooth LE 5.0-Sensorgeräten.

Ausreichend Speicher
Bei einer großen Vielfalt an Anwendungsfällen und deren Speicheranforderungen ist es schwierig, die am besten geeignete Speichergröße für den SoC zu ermitteln. Nach unserer Erfahrung ist es jedoch wichtig, Anwendungsfälle mit einer oder manchmal zwei TLS-Verbindungen zur Cloud zu unterstützen, die ständig Bluetooth-LE-aktiv sind, und darüber hinaus einen angemessenen Anwendungsspielraum zu unterstützen. Der 400 KB SRAM des ESP32-C3 kann diese Anforderungen erfüllen und gleichzeitig die Kosten des Chips innerhalb des Budgetziels halten. Außerdem verfügt der ESP32-C3 über eine dynamische Partitionierung für den Befehlsspeicher (IRAM) und den Datenspeicher (DRAM). So wird der nutzbare Speicher effektiv maximiert. Hierbei ist auch zu beachten, dass wir die Speicheranforderungen des Bluetooth-Subsystems im Vergleich zu ESP32 optimiert haben. „Wir werden weitere Details bereitstellen, wenn wir uns dem Release des SDKs nähern”.

Ausgereifter Software-Support
Der ESP32-C3 wird durch die beliebte ESP-IDF-Plattform von Espressif unterstützt. Wenn wir uns den Umfang an Software ansehen, mit der die „Connected Devices“ betrieben werden, so besteht ein großer Teil davon aus hardwareunabhängigen Softwarekomponenten. Das ESP-IDF Repositorium unterstützt bereits Millionen verbundener Geräte und wird strengen Test- und Freigabezyklen unterzogen. Die Reife von ESP-IDF sowie die Vertrautheit mit APIs und Tools erleichtern Entwicklern das Erstellen von Anwendungen für ESP32-C3. Mit der Verfügbarkeit von ESP-IDF können andere Softwarekomponenten wie Cloud-Agenten unverändert auf ESP32-C3 verwendet werden.

Der ESP32-C3 unterstützt auch den gehosteten Betriebsmodus, um Wi-Fi und Blue-tooth LE-Konnektivität für externe Mikrocontroller oder Mikroprozessoren über ESP-AT- und ESP-gehostete SDKs bereitzustellen.

Er bietet so viel zu einem Preis, der dem von ESP8266 nahe kommt. Es gibt eine Variante, den ESP32-C3F, die mit integriertem FLASH-Speicher für vereinfachte Designs angeboten wird. Wir bieten weiterhin zertifizierte und kostengünstige Module für den einfachen Aufbau verbundener Geräte. Das ESP32-C3-MINI-1-Modul verfügt über einen kleinen Formfaktor (13 × 19 mm) und unterstützt eine maximale Betriebstemperatur von 105 °C. Um die Migration zu vereinfachen, wurde sichergestellt, dass das Modul ESP32-C3-WROOM-1 Pin-zu-Pin-kompatibel mit den Modulen ESP-WROOM-02D und ESP-WROOM-02 ist. ESP32-C3-WROOM-1 unterstützt ebenfalls eine maximale Temperatur von 105°C.

Wie bereits erwähnt, zielt der ESP32-C3 auf die häufigsten Anwendungsfälle für verbundene Geräte ab. „Wir entwickeln jedoch weiterhin Lösungen, die zusätzliche Anwendungsfälle abdecken. Dabei berücksichtigen wir immer das Feedback der Community und sind dankbar für die Unterstützung durch unsere Herstellerfreunde, Partner und Kunden“.

Preise und Verfügbarkeit
Weitere Informationen sowie Preise und Verfügbarkeit sind unter diesem Kontakt erhältlich. Email: sales.europe@macnica.com

Über Espressif Systems
Espressif Systems (Shanghai) Pte. Ltd. ist ein Halbleiterunternehmen mit Sitz im Shanghai Zhangjiang High-Tech Park, das Wi-Fi und Bluetooth SoCs und drahtlose Lösungen für das Internet der Dinge (IoT) bietet. Das Unternehmen baut die beliebten ESP8266 und ESP32 Chips mit einem innovativen Team von Chip-Design-Spezialisten, Software- und Firmware-Entwicklern und Vermarktern. Espressif hat sich verpflichtet, die besten IoT-Geräte und Softwareplattformen der Branche bereitzustellen.

Das Unternehmen unterstützt seine Kunden auch beim Aufbau eigener Lösungen und in Kontakt mit anderen Partnern im IoT-Ökosystem. Ihre Leidenschaft liegt in der Entwicklung modernster Chipsätze und der Möglichkeit für Partner, großartige Produkte zu liefern. Die Produkte von Espressif sind in den Märkten Tablets, OTT-Boxen, Kameras und Internet der Dinge weit verbreitet.

Weitere Informationen unter https://www.espressif.com.