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[NXP Matter デモ構築ガイド 1] K32W061 と Google Nest Hub を接続する方法

更新
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目次

はじめに

次世代スマートホーム通信規格の「Matter」は業界統一のオープンソース接続規格です。
メーカーを問わず、スマートホーム・ネットワークを構築することができ、より便利に IoT 機器を使用することができます。

Matter で採用されている通信規格に、Wi-Fi と Thread と Bluetooth Low Energy (BLE) があります。
Wi-Fi と Thread はデータ通信で使用され、Thread は低消費電力が要求される製品で使用されます。
BLE は接続を確立させるための通信（コミッショニング）にのみ使用されます。

今回は、Thread と BLE を搭載した電球のスマートホーム機器（エッジノード）を想定したデモを構築し、動作確認を実施する手法を解説していきます。

接続構成は図１の通りです。

画像2.png

図1：デモの接続構成図

NXP Matter ソリューションの詳細は下記コンテンツをご覧ください。

____.png参考：NXP 製品で実現する次世代スマートホーム通信規格「Matter」 - マクニカ (macnica.co.jp)

__.png 注記：今回使用する評価ボードは、技適未取得機器を用いた実験等の特例制度 (soumu.go.jp) を取得したうえでご使用ください。

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1. デモ構築環境の準備

必要な機材を表1に記載します。

サンプルソフトウェアのビルド PC は Windows か Linux を選択できます。

名称 概要
IOTZTB-DK006

K32W061 と拡張ボードが含まれており、Matter のThread BLE 通信を検証できる評価ボードです。

エッジノード端末として動作させます。
Google Nest Hub 第2世代

Wi-Fi、BLE、Thread を搭載し音声認識機能で、スマートホーム機器を操作できます。

Wi-Fi と Thread をブリッジするボーダールータとして動作させます。

最新バージョンにアップデートしておきます。

Andoroid スマートフォン またはタブレット

（Google Pixel 6a を使用）

 Android OS (8.1) 以降
Wi-Fi ルーター インターネットとの接続用に Wi-Fi ルーターが必要です。

Windows PC 

サンプルソフトウェアのビルド（WSL使用）、

バイナリーファイルの書き込み、

EVK 起動後のログ確認用として使用します

Linux PC （必要に応じて）

 サンプルソフトウェアのビルドとして使用します
表１：デモで使用する機材リスト

 

1-1. Android スマートフォンの準備

Andoroid スマートフォン は下記手順で、準備が必要です

  1. Android OS (8.1) 以降にアップデート
  2. Google Play service を 22.36.15 以上にアップデート
  3. Google Home App をインストール
  4. 以上により System -> Google -> Devices & sharing に matter devices が表示されることを確認
    • 表示されない場合は、Google Home App をアンインストールしてから再インストールする
  5. Android の開発者向けオプションを有効にする

____.png 参考：デバイスの開発者向けオプションを設定する  |  Android Studio  |  Android Developers

 

1-2. Google Home Developer Console への登録

デモを動作させる為には、Google Home Developer Console への登録が必要です。

デモサンプルソフトウェアで定義されている、テスト Vendor ID と Product ID の登録を行います。

Google 提供の手順書を参考に、下記手順を実施ください。

  1. Developer Console に登録
  2. Project を作成し、カンパニープロファイルの承認を取得
  3. Vendor ID と Product ID の登録（テスト環境で設定する ID 番号は起動ログから確認可能。5-2 を参照）

____.png 参考：デベロッパー プロジェクトを作成する  |  Matter  |  Google Home Developers

__.png 注記：スマートフォンとGoogle Nest Hub と Google Home Developer Console は同一の Google アカウントでログインする必要があります。

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2. 開発環境の準備

IOTZTB-DK006 に搭載している K32W061 の Matter 開発環境の例としては2つあります。

  • Windows 10 WSL Ubuntu 20.04 LTS
  • Linux Ubuntu 20.04 (64 bit) （Linux Virtual Machine で Windows 上で構築しても可能）

このコンテンツでの開発環境は Linux Ubuntu 20.04 (64 bit)  PC を使用しています。

詳しい手順は下記資料をご覧ください。

____.png 参考：Getting started with K32W0x1 in Matter

 

Ubuntu 20.04 のターミナル画面で、パッケージの更新を行い、開発環境を構築しておきます。

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade -y
$ sudo apt-get install git gcc g++ python pkg-config libssl-dev libdbus-1-dev libglib2.0-dev libavahi-client-dev ninja-build python3-venv python3-dev python3-pip unzip libgirepository1.0-dev libcairo2-dev gcc-arm-none-eabi

WSL の場合下記も実施します

$ sudo apt-get install dos2unix

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3. K32W061 のソフトウェア・ビルド

詳しい ビルド手順は、下記サイトの Readme をご覧ください。

____.png 参考：matter/examples/lighting-app/nxp/k32w/k32w0 at v1.1.0.1-tag-nxp · NXP/matter · GitHub

 

Ubuntu 20.04 のターミナル画面で操作していきます。

NXP K32W061 SDK をダウンロードし、NXP_K32W0_SDK_ROOT に SDK を解凍したパスを保存します。環境に併せてパスを設定してください。

$ wget https://cache.nxp.com/lgfiles/bsps/SDK_2_6_11_K32W061DK6.zip
$ unzip SDK_2_6_11_K32W061DK6.zip
$ export NXP_K32W0_SDK_ROOT=~/Documents/SDK_2_6_8_K32W061DK6

Matter コードをダウンロードし、activate.sh で環境設定します。

$ git clone https://github.com/NXPmicro/matter
$ cd matter/
$ git checkout v1.1.0.1-tag-nxp
$ git pull
$ git submodule update --init --recursive
$ source ./scripts/activate.sh

K32W061 Lighting Example Application のビルドを実施します。

成功すると、out/debug/chip-k32w0x-light-example.bin が生成されます。

$ cd examples/lighting-app/nxp/k32w/k32w0

$ gn gen out/debug --args="k32w0_sdk_root=\"${NXP_K32W0_SDK_ROOT}\" chip_with_OM15082=1 chip_with_ot_cli=0 is_debug=false chip_crypto=\"platform\" chip_with_se05x=0 chip_pw_tokenizer_logging=false chip_enable_ota_requestor=false"
$ ninja -C out/debug

____.png ポイント：gn gen コマンドにある chip_pw_tokenizer_logging=false オプションはコミッショニングで使用する QR コードの URL をログで出力します。メモリー使用量が増加します。

____.png ポイント：gn gen コマンドにある chip_enable_ota_requestor=false オプションは OTA 機能を OFF にします。メモリー使用量が減少します。

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4. ソフトウェアの書き込み

詳しい書き込み手順は下記資料とサイトをご覧ください。

____.png 参考：Getting started with K32W0x1 in Matter

____.png 参考：ot-nxp/src/k32w0/k32w061 at main · openthread/ot-nxp · GitHub

 

Windows PC で書き込み作業を実施していきます。

ダウンロードした SDK_2_6_11_K32W061DK6\tools\JN-SW-4407-DK6-Flash-Programmer にインストーラーとドキュメントが用意されています。

インストーラーを Windows PC で実行すると、DK6-Flash-Programmer がインストールされます。

図2：SDK に格納されている、書き込みツール・インストーラー

Windows コマンドプロンプト で DK6Programmer.exe を実行し書き込みをしていきます。

  1. EVK の J4 J7 ジャンパーを真ん中の位置に接続します（JN UART- FTDI）
  2. FTDI USB PORT と Windows PC を接続します。
  3. DK6Programmer.exe と同じフォルダーに out/debug/chip-k32w0x-light-example.bin をコピーした場合、下記コマンドで書き込み可能です。
> DK6Programmer.exe --list
> DK6Programmer.exe -s COM25 -p chip-k32w0x-light-example.bin

図3：Windows コマンドプロンプトでの実行例

書き込みが完了後、Windows PC の Tera Term を起動し COM25 を指定し、ボードをリセットすれば、起動ログを確認できます。

画像1.png

図4：K32W061-EVK 起動ログの例

____.png ポイント：Tera Term の設定

    • スピード：115200
    • データ：8 bit
    • パリティ：none
    • ストップビッチ：1 bits
    • フロー制御：none 

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5. Google Nest Hub 2 との接続

Google が提供している接続手順を参考に、補足情報交えて接続方法を解説します。

図5 に K32W061-EVK の スイッチと LED の構成図を記載します。

LED D3 を照明として動作させるデモになっています。

____.png ポイント：SW2 は接続をやり直す際に押すことで、マイコン内に残っている接続履歴を削除できます。再度接続を試みる際は押すようにしてください。

画像7.png

図5：K32W061-EVK の スイッチと LED の構成図

 

5-1. Google Nest Hub 2 と Android スマートフォンの接続

Google Nest Hub 2 を Wi-Fi ルーターに接続し、スマートフォンから操作や音声操作ができる状態にします。接続方法は Google 提供の手順通り実施してください。

____.png 参考：Google Nest のスピーカーやディスプレイを Wi-Fi に接続する - Google Nest ヘルプ

 

5-2. Google Nest Hub 2 と K32W061-EVK の Thread 接続

Google Nest Hub 2 と K32W061-EVK を Thread で接続するには、スマートフォンにインストールされている Google Home App で操作していきます。

____.png 参考：Google Home アプリで Matter 対応デバイスを管理する - Google Nest ヘルプ

  1. K32W061-EVK を PC に接続して電源を入れます
  2. PC で Tera Term を起動して、COM Port のログが出力されることを確認します
  3. Tera Term のログに表示される URL を WEB ブラウザーにコピーして QR コードを表示させます
    （ポイント：QR コードの表示方法を参照）
  4. 上記 Google 提供の手順通り作業を実施していきます
    （デバイス検出画面が出たら、EVK にある「BLE アドバタイズ開始スイッチ」を押します）
  5. QR コードをスキャンする手順が出てきたら、QR コードをスキャンします
  6. 接続に成功して、Matter 対応デバイスを配置する部屋とデバイス名を設定したら完了です

Google Nest Hub に「OK Google ～～～ を点けて」と声をかけると音声で操作できることを確認できるかと思います。

 

____.png ポイント：QR コードの表示方法

手順２で出力されたログに "[SVR] Copy/paste the below URL in a browser to see the QR Code:" とQR コード用の URL が表示されますので、そちらを WEB ブラウザーに張り付けると表示されます。

画像3.png

図6：QR コードの表示方法

____.png ポイント：Google Home Developer Console で登録する Vender ID Device ID の確認方法

サンプルプロジェクト内では、テスト環境の Vender ID と Device ID が事前に用意されています。明示的に変更する必要がない場合、こちらの ID を使用することでテスト環境を構築可能です。

下記ログでは、Vender ID =65521 (0xFFF1) 、Product ID =32773 (0x8005) となりますので、Google Home Developer Console では、それぞれ HEX で登録します。

コミッショニング（アドバタイズ）開始前に、Google Home Developer Console の WEB 上で登録をしておいてください。

画像4.png

図7：Device ID と Vender ID の確認方法

____.png ポイント：うまく接続ができない場合は、K32W061-EVK の SW2 「デフォルトリセット」ボタンを押してから再度接続を試みてください。接続で使用された情報等が削除されます。

 

まとめ

NXP が提供している、IOTZTB-DK006 を購入することで、エッジノードデバイスの模擬テストを簡単に行う事が可能です。今回は、Github にある examples/lighting-app を使用しましたが、examples フォルダーに様々なデモが用意されていますので、色々と試してみてください。

次回、Matter の真骨頂でもある、「メーカーの垣根を超えたスマートホーム・ネットワーク接続の実現」のデモとして、 Alexa と Google Nest Hub 両方から制御するデモを紹介します。

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