Matter開発環境をざっくり眺める

2023/7/19に開催された、Nature Matter KaigiでのLT資料です。
Matterの各種開発環境をざっくり比較しました。

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1. Matter開発環境をざっくり眺める

   2023年7月19日
   Nature Matter Kaigi
   Nature 井田健太

   

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2. - 井田健太 @ciniml
   - Firmware Engineer
   - Remo nanoのファームウェアや
   工場向けツールを書いてます
   自己紹介

   #NatureMatter
   

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3. Matter対応デバイス開発を始めるには
   ● Matterの規格書を読む
   ○ Matter 1.1 (May 17, 2023)
   ■ Core Spec - 911ページ
   ■ Device Library Spec - 91ページ
   ■ Application Library Spec - 358ページ
   ○ 結構多い…
   ● Matterのプロトコル・スタックを実装するのは大変
   ○ 暗号化セッション確立のシーケンス難しい…
   ● 基本的には既存のMatterスタック実装を使う
   #NatureMatter
   

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4. Matter実装(1/6)
   ● GitHubの project-chip organization以下にいろいろある
   ○ CSAが管理しているorganization
   ○ https://github.com/project-chip/
   ○ アイコンが自動生成のままだがホンモノ (CSAのロゴにしてほしい)
   #NatureMatter
   

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5. Matter実装(2/6) - connectedhomeip
   ● https://github.com/project-chip/connectedhomeip
   ● CSA公式のMatterプロトコルのリファレンス実装
   ○ リファレンス実装、だいじ。
   ● 各種プラットフォーム向け実装あり
   ○ Linux, ESP32, nRF52等
   ● C++で書かれている
   ● Matterで必要なプロトコルの各階層を一通り実装
   ● デバイスおよびコントローラ対応
   ● 認証試験用ツールの実装にも使われている
   https://github.com/project-chip/connectedhomeip/raw/m
   aster/docs/images/Matter_Layered_Arch.png
   #NatureMatter
   

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6. Matter実装(3/6) - esp-matter
   ● https://github.com/espressif/esp-matter
   ● ESP32シリーズ向けにconnectedhomeipをポーティングしたもの
   ○ ESP32: Espressifの無線機能付きMCU
   ● ESP32向けの実装
   ○ NVS(不揮発メモリ) ドライバの実装
   ■ FabricやNOC等の情報の保存
   ■ デバイス固有情報の読み出し
   ■ DACの管理
   ● さらにesp-matter固有のCライクなAPIでラップされている
   ○ ESP-IDFはCでの開発をサポートしているので、そのため？
   ● Remo nanoのファームウェアでも使用
   #NatureMatter
   

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7. Matter実装(4/6) - nRF Connect SDK
   ● https://www.nordicsemi.com/Products/Development-software/nrf-connect-sdk
   ● NordicのnRFシリーズ向けのファームウェア開発用SDK
   ○ nRF52, 53, 70, 91等
   ● nRFシリーズ向けにconnectedhomeipをポーティングしたものが含まれる
   ○ Nordicのfork版connectedhomeip
   https://github.com/nrfconnect/sdk-connectedhomeip
   ○ Zephyr RTOS対応などが追加されている
   ● まだ使ったことがないので、消費電力等どんな感じなのか気になる
   ○ nRF52, 53だとThreadをつかうことになる？
   #NatureMatter
   

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8. Matter実装(5/6) - matter-rs
   ● MatterプロトコルスタックのRust実装
   ○ https://github.com/project-chip/matter-rs
   ● まだ未完成
   ○ project-chip以下にあるけど、個人プロジェクトっぽい状態に見える
   ● 簡単なデバイスの実装は動いている
   ○ コントローラ実装はまだ手が付けられていない
   ● 現行実装はRustの `std` 環境を要求する
   ○ 組込み環境は `no_std` が一般的 (といいつつESP32はstdがあるけど)
   ● `no_std` 対応が進められている
   ● (connectedhomeipのビルド重いのでこっち開発すすむといいな…)
   #NatureMatter
   

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9. Matter実装(6/6) - matter.js
   ● MatterプロトコルスタックのTypeScript実装
   ○ https://github.com/project-chip/matter.js
   ● まだ未完成だがmatter-rsよりは活発そうに見える
   ● matter.jsをつかったコントローラやデバイスの実装として
   matternodeやmatter-node.jsがある
   ● 成熟すれば、Linux上でのMatter実装の候補の一つとなりそう
   #NatureMatter
   

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10. 余談：Matterのデバッグ
    ● 通信のデバッグと言えばWireshark
    ○ https://gitlab.com/wireshark/wireshark
    ● 基本的なMatterのパケット解析
    ● 2023/4/21にマージされたので
    Ubuntu等では自前でビルドする必要アリ
    ● Message Format, Protocol Formatの
    解析まで対応
    ● OpCode毎のパラメータ解析はまだ
    ● 暗号化フレームのデコードもなし
    #NatureMatter
    

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11. Matter実装まとめ
    項目 connectedhomeip esp-matter nRF Connect SDK matter-rs matter.js
    成熟度 実用 実用 実用 実験 実験
    プラットフォー
    ム
    Linux, MacOS, 各
    種MCU
    ESP32系 nRF系
    Zephyr RTOS
    ほぼ任意？ Nodeが
    動く環境
    言語 C++ C/C++ C++ Rust Type Script
    MCU向け可 はい はい はい はい いいえ?
    #NatureMatter
    

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12. まとめ
    ● connectedhomeipはサクッとデバイス作る分には便利
    ○ 各デバイスベンダーのSDK向けのポーティングを使うだけ
    ○ on/off cluster実装デバイスとかはすぐ作れる
    ● 他言語による実装はまだ発展途上
    ○ matter-rs: デバイス実装の一部が動く段階. コントローラ未実装
    ○ matter.js: 結構すすんでそう. nodeを動かせるならアリかも
    ● Wiresharkをビルドしておくと良い
    #NatureMatter
    

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13. ご清聴ありがとうございました
    

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